Преобразователь напряжения

(51) 5 11 О 9 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН МУ СВИДЕТЕЛЪСТВ К АВТО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Рижский технический университет (72) Я,П.Грейвулис, У.В.ивбулс, С.С,Петров и К. С, Петражицкий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Сущность изобретения, Устройство содержит инвертор 1, индикатор 2, силовой выпрямитель 7, тактовый генератор 4 три4 постоянных запоминающих устройства 5, 16. 17, цифроаналоговый преобразователь 6, согласующий блок 8; дифференцирующее звено 9, компаратор 10, выпрямитель 11, дифференцирующее звено 12, компаратор 13, датчик 14 полупериода, компаратор 15, 4 - 3 - 5 - 6 - 12 - 13 - 16, 1 - 2 - 3, 1 - 7 - 8 - 9 - 1.1 - 16 - 17, 1 - 14 - 17, 2 ил. 2 табл.50 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательных устройствах, например в инверторах с ступенчатым выходным напряжением,Известна схема инвертора с суммированием прямоугольных напряжений. Устройство содержит многообмоточный выходной трансформатор, десять ключей,Недостатком устройства является то, что производится дополнительное намагничивание выходного трансформатора и для улучшения выходного напряжения инвертора необходимо большое число прямоугольных ступенек напряжения, что приводит к снижению надежности устройства,Известна также схема инвертора с суммированием напряжения основной частоты и дополнительного напряжения тройной частоты, Устройство содержит многообмоточный выходной трансформатор, восемь ключей.Недостатком устройства является то, что при таком методе формирования выходного напряжения инвертора производится подавление третьей гармоники, но не удается уменьшить долю высших гармоник,Известно устройство для формирования квазисинусоидального ступенчатого напряжения, которое содержит инвертор с ступенчатым выходным напряжением, многообмоточный выходной трансформатор, силовой выпрямитель, Устройство позволяет уменьшить. амплитуду высоких гармоник, близких к основной.Недостатком известного устройства является то, что для формирования напряжения с малым спектром высших гармоник надо увеличивать число ячеек преобразователя, Это приводит к снижению надежности функционирования устройства, Недостатком является также то, что уменьшается амплитуда только высоких гармоник, близких к основной, а не высших гармоник,Цель изобретения - повышение надежности функционирования и улучшение формы выходного напряжения преобразователя.Указанная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения, содержащий инвертор с ступенчатым выходным напряжением, силовой выпрямитель, многообмоточный выходной трансформатор, дополнительно введены индикатор нуля, счегчик,тактовый генератор, первое, второе и третье постоянное запоминающие устройства (ПЗУ), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), согласующий блок, двэ дифференцирующих звена, три компаратора, выпрямитель. двенадцать усилителей,15 20 25 30 35 40 45 датчик полупериода, силовой генератор, первый и второй конденсаторы, четыре ключа и два блока ключей, Каждый из блоков ключей собран по схеме однофазного моста, К выходу инвертора подсоединены входы индикатора нуля, первого выпрямителя, датчика полупериода и первая вторичная обмотка выходного трансформатора. Выход индикатора нуля подсоединен к В-входу счетчика, К С-входу счетчика подключен выход тактового. генератора. Выходы счетчика подсоединены к адресным входам первого ПЗУ, Выходы ПЗУ подключены к входам ЦАП, Выход датчика полупериода подключен к первому входу третьего ПЗУ, Выход силового выпрямителя подсоединен к входу согласующего блока, выход которого подключен к входу первого дифференцирующего звена и к первым входам первого и второго компараторов, Вторые входы компараторов подсоединены к выходу ЦАП. Выход ЦАП подключен к входу второго дифференцирующего звена, выход которого подключен к первому входу третьего компаратора. Второй вход третьего компаратора подсоединен к общему проводу. Первый вход второго ПЗУ и третий вход третьего ПЗУ подключены к выходу выпрямителя, Вход выпрямителя подсоединен к выходу первого дифференцирующего звена, Выход первого компаратора подключен к второму входу третьего ПЗУ. Выход второго компаратора подключен к третьему входу второго ПЗУ и к пятому входу третьего ПЗУ. Выход третьего компаратора подключен к второму входу второго ПЗУ и к четвертому входу третьего ПЗУ, Выход силового генератора через соответствующие первый и второй ключи подключен к первому и второму конденсатору, Параллельно конденсаторам подключены соответственно третий и четвертый ключи и соответственно вторая и третья вторичные обмотки выходного трансформатора. Каждая из этих обмоток включена в диагональ соответствующей схемы однофазного моста, Выходы второго ПЗУ через усилители подключены к входам первого, второго, третьего и четвертого ключей. Выходы третьего ПЗУ через усилители подключены к входам ключей однофазных мостов. Первое ПЗУ запрограммировано по синусоидальному закону, второе ПЗУ - всоответствии с табл. 1, третье ПЗУ - в соответствии с табл, 2,Нэ фиг. 1 представлена функциональная блок-схема преобразователя напряжения; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие формироваНие выходного напряжения преобразователя напряжения.Преобразователь напряжения (фиг. 1) содержит инвертор 1. к выходу которого подсоединены входы индикатора 2 нуля, силового выпрямителя 7, датчика 14 полупериода и первая вторичная обмотка многообмоточного выходного трансформатора 30.Выход индикатора 2 нуля подсоединен к В-входу счетчика 3, К С-входу счетчика 3 подключен .выход тактового генератора 4.Выходы счетчика 3 подсоединены к адресным входам первого ПЗУ 5. Выходы первого ПЗУ 5 подключены к входам ЦАП 6. Выход датчика 14 полупериода подключен к первому входу третьего ПЗУ 17. Выход силового выпрямителя 7 подсоединен к входу согласующего блока 8, Выход согласующего блока 8 подключен к входу первого дифференцирующего звена 9 и к первым входам . первого 10 и второго 15 компараторов, Вторые входы этих компараторов подключены к выходу ЦАП б. Выход ЦАП 6 подключен к входу второго дифференцирующего звена 12. Выход второго дифференцирующего звена 12 подсоединен к первому входу третьего компаратора 13, второй вход которого подключен к общему проводу. Первый вход второго ПЗУ 16 и третий вход третьего ПЗУ 17 подключены к выходу выпрямителя 11, вход которого подсоединен к выходу первого дифференцирующего звена 9, Выход первого компаратора 10 подключен к второму входу третьего ПЗУ 17. Выход второго компаратора 15 подключен к третьему входу второго ПЗУ 16 и к пятому входу третьего ПЗУ 17, Выход,третьего компарэтора 13 подключен к второму входу второго ПЗУ 16 и к четвертому входу третьего ПЗУ 17. Выход силового генератора 31 через соответствующие первый и второй ключи 32 и 34 подключен к первому и второму конденсаторам 36 и 37. Параллельно конденсаторам подключены соответственно третий и четвертый ключи ЗЗ и 35 и соответственно вторая и третья вторичные обмотки 42 и 47 многообмоточного выходного трансформатора, Каждая из обмоток 42 и 47 включена в диагональ соответствующей схемы однофазного моста, содержащих ключи 38 - 41 и 43 - 46. Выходы второго ПЗУ 16 через усилители 18. 20, 19, 21 подключены к входам первого 32, второго 34, третьего 33 и четвертого 35 ключей, Выходы третьего ПЗУ 17 через усилители 22 - 29 подключены к входам ключей однофазных мостов 38 - 41 и 43 - 46. Первое ПЗУ 5 запрограммировано по синусоидальному закону, второе ПЗУ 16 - в соответствии с табл. 1, третье ПЗУ 17 - в соответствии с табл. 2.Преобразователь напряжения работает следующим образом.20 30 35 40 45 поступает на аход второго дифференцирующего звена 12 и на вторые входы первого 10 50 55 5 10 Напряжение с выхода инвертора 1 поступает на вход индикатора 2 нуля, который выдает импульс при каждом пересечении нуля выходного напряжения инвертора, Этот импульс поступает на В-вход счетчика 3 и устанавливает на всех выходах упомянутого счетчика сигналы с уровнем логического нуля. Таким образом производится синхронизация работы счетчика 3 с работой инвертора 1. С выхода тактового генератора 4 на С-вход счетчика 3 поступают тактовые импульсы, Производится счет и. двоичное число с выходов счетчика 3 поступает на адресные входы первого ПЗУ 5. В первое ПЗУ 5 занесены коды значений одного полупериода функции синуса. С выходов первого ПЗУ 5, в соответствии с кодом на ее адресных входах, снимаются значения функции синуса и поступают на входы ЦАП 6, С выхода ЦАП б снимается синусоидальное напряжение, которое синхронизировано.с выходным напряжением инверторэ 1 и используется в качестве эталонного напряжения. Напряжение с выхода инвертора 1 поступает на вход силового выпрямителя 7, выпрямляется и подается на вход согласующего блока 8. Напряжение с выхода соглэсующего блока 8, согласованное с уровнем эталонного напряжения, снимаемого с выхода ЦАП б, поступает на вход первого дифференцирующего звена 9 и на первые входы первого 10 и второго 15. компарэторов. Сигнал на выходе первого дифференцирующего звена 9 определяет характер изменения выходного напряжения инвертора 1 (09=0,если значение выходного напряжения не изменяется во времени; Од 0, если. выходное напряжение инвертора скачкообразно увеличивается или уменьшается). Сигнал с выхода первого дифференцирующего звена 9 поступает на вход выпрямителя 11 и выпрямляется.Эталонное напряжение с выхода ЦАП б и второго 15 компараторов. Сигнал с выхода второго дифференцирующего звена 12 поступает на вход третьего компэратора 13 и сравнивается с нулевым напряжением. Второе дифференцирующее звено 12 совместно с третьим компаратором 13 определяет характер изменения зталойного напряжения (0 120, если эталонное напряжение возрастает; 0120, если эталонное напряжение уменьшается),Напряжение с выхода инвертора 1 поступает на вход датчика 14 полупериода, Во время положительного полупериода на его выходе присутствует сигнал с уровнем логической единицы, а во время отрицательного - сигнал логического нуля.Напряжение с выхода инвертора 1 подается на первую вторичную обмотку многообмоточного выходного трансформатора 30,Силовой генератор 31 питается от источника постоянного напряжения.и выполнен по схеме, которая предусматривает возможность регулирования частоты следования и ширины выходных импульсов. Регулировку этих параметров производят в зависимости от формы выходного напряжения конкретного инвертора, Регулировкой этих параметров задают крутизну кривой напряжения на первом 36 и втором 37 конденсаторах в процессе из зарядки Напряжения, снимаемые с этих конденсаторов, подаются соответственно на вторую и третью вторичные обмотки 42 и 47 многообмоточного выходного трансформатора.Включение ключей 32 - 35, 38 - 41, 43 - 46 в зависимости от соотношения выходного напряжения инвертора и эталонного напряженияя (фиг. 2) осуществляют следующим образом,В момент времени 1 первый конденсатор 36 разряжен, а второй конденсатор 37 заряжен. На выходе согласующего блока 8 (выходное напряжение инвертора) напряжения больше чем на выходе ЦАП 6(эталонное напряжение), Поэтому на выходе первого компаратора 10 появляется сигнал логической единицы, поступающий на второй вход третьего ПЗУ 17. В этот момент времени производится скачкообразное увеличение выходного напряжения инвертора, потому на выходе выпрямителя 11 выдается импульс, соответствующий уровню логической единицы. Этот импульс поступает на первый вход второго ПЗУ 16 и на третий вход третьего ПЗУ 17. Так как эталонное напряжение в этот момент времени возрастает, то на выходе третьего компаратора 13 появляется сигнал с уровнем логической единицы, Этот сигнал поступает на второй вход второго ПЗУ 16 и на четвертый вход третьего ПЗУ 17, На выходе датчика 14 полупериода появляется сигнал логической единицы и поступает на первый вход третьего ПЗУ 17. На выходе второго компаратора 15 появляется сигнал логического нуля и поступает на третий вход второго ПЗУ 16 и на пятый вход третьего ПЗУ 17.Программы, занесенные во второе 16 и третье 17 ПЗУ, приведены соответственно в табл. 1 и 2.Сигналы с выходов 01 - 04 второго ПЗУ 16 и выходов 01 - 08 третьего ПЗУ поступают на соответственные входы усилителей50 55 чены ключи как в интервале времени т 1-тг, В момент времени 14 включены ключи как в момент времени с 2. Первый 36 и второй 37 конденсаторы разряжаются,В интервале времени с 4-1 ь выходное напряжение инвертора больше эталонного напряжения. На выходе первого компаратора 10 появляется сигнал с уровнем логической единицы, а на выходе второго компаратора 15 - сигнал с уровнем логического нуля, Эталонное напряжение уменьшается и на 18 - 29 и воздействуют на управляющиевходы соответствующих ключей, В этот момент времени включены ключи 33, 38, 41, 34,43 и 46, Диаграммы напряжений, приложен 5 ных к второй и третьей вторичным обмоткам42 и 47 многообмоточного выходного трансформатора, показаны на фиг. 2 (табл. 1 и 2);В интервале времени тг 1 г выходное напряжение инвертора остается неизменным,10 потому на выходе выпрямителя 11 появляется напряжение уровня логического нуля,Сигналы на выходах блоков 10, 13, 14 и15 остаются неизменными. Согласно кодам,занесенным в ПЗУ 16 и 17 (см. табл, 1 и 2),15 включены ключи 32, 38, 41, 34, 43 и 46, Заряжается первый конденсатор 36,В момент времени 12 выходное напряжение инвертора становится равным с эта.лонным напряжением, На выходе второго20 компаратора 15 появляется сигнал с уровнем логической единицы, Сигналы навыходах блоков 10, 11, 13 и 14 остаютсянеизменными. Включены ключи 33. 38, 41,35, 43 и 46, Первый 36 и второй 37 конден 25 саторы разряжаются.В интервале времени 12 - 1 з выходное напряжение инвертора становится меньшенапряжения. На выходах первого 10 и второго 15 компараторов появляются сигналы30 с уровнем логического нуля. Сигналы на выходах блоков 11, 13 и 14 остаются неизменными. Включены ключи 32, 38, 41, 34, 43 и45, Заряжаются конденсаторы 36 и 37. Диаграммы напряжений, приложенных к вто 35 рой 42 и третьей 47 вторичным обмоткамвыходного трансформатора, показаны нафиг, 2.В момент времени т з (выходное напряжение инвертора меньше эталонного на 40 пряжения) на выходе второго выпрямителя11 появляется сигнал с уровнем логическойединицы. Сигналы на выходах блоков 10, 13,14 и 15 остаются неизменными, Включеныключи 33, 38, 41,34, 43 и 46. Первый конден 45 сатор 36 разряжается.В момент времени с з (выходное напряжение инвертора больше эталонного напряжения) включены ключи как в моментвремени т. В интервал времени 1 з-са вклю5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 выходе третьего компаратора 13 появляется сигнал с уровнем логического нуля. Сигналы на выходах блоков 11 и 14 остаются неизменными. Включены ключи 32, 39, 40, 34, 43 и 45, Заряжаются первый 36 и второй 37 конденсаторы.В момент времени 1 б (выходное напря 1жение инвертора больше эталонного напряжения) на выходе второго выпрямителя 11 появляется сигнал с уровнем логической единицы, Сигналы на выходах блоков 10, 13, 14 и 15 остаются неизменными, Включены ключи 33, 39, 40, 34. 43 и 45. Разряжается первый конденсатор 36.В момент времени 1 ь (выходное напряжение инвертора меньше эталонного напряжения) на выходе первого компаратора 10 появляется сигнал с уровнем логического нуля, Сигналы на выходах блоков 11, 13, 14 и 15 остаются неизменными, Включены ключи 33, 39, 40, 34, 44 и 45. Диаграмма напряжений, приложенных к второй и третьей вторичным обмоткам 42 и 47 согласующего трансформатора, показана на фиг, 2,В интервал времени 1 б-тб выходное напряжение инвертора остается неизменным и на выходе выпрямителя 11 появляется сигнал с уровнем логического нуля, Сигналы на выходах блоков 10, 13, 14 и 15 остаются неизменными, Включены ключи 32, 39, 40;34, 44 и 45, Заряжается первый конденсатор 36,Состояние ключей в моменты времени 1 о, тт и в интервале времени в-ст такое же, как, соответственно, в моменты времени И, си в интервале времени 14-ВВ полупериоде, когда выходное напряжение инвертора отрицательное, на выходе датчика 14 полупериода появляется сигнал с уровнем логического нуля. Сигналы на выходах блоков 10, 11, 13 и 15 изменяются в такой же последовательности, как и в соответствующих моментах времени в положительном полупериоде, Последовательность переключения ключей 32 - 35 остается неизменной. Ключи 38 - 46 переключаются в противофазе по сравнению с положительным полупериодом.Суммируя посредством многообмоточного выходного трансформатора напряжения, приложенные к его первой 30, второй 42 и третьей 47 вторичным обмоткам, на первичной обмотке выходного трансформатора 48 получают напряжение 048 (фиг, 2),Коэффициент гармоник выходного напряжения инвертора с использованием предлагаемого преобразователя напряжения составляет 6,7), а в известном инверторе коэффициент гармоник составляет 9%. Технико-экономическая эффективности преобразователя напряжения заключается в том, что достигается улучшение формы выходного напряжения инвертора за счет введения дополнительной мощности от источника постоянного напряжения. Этим повышаются энергетические характеристики преобразователя.Формула изобретения Преобразователь напряжения, содержащий силовой инвертор со ступенчатым выходным напряжением, силовой выпрямитель и многообмоточный выходной трансформатор; о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности функционирования и улучшения формы выходного напряжения преобразователя, в устройство дополнительно введены индикатор нуля, счетчик, тактовый генератор, первое, второе, и третье постоянное запоминающие устройства (ПЗУ), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). согласующий блок, два дифференцирующих звена, три компаратора, выпрямитель, двенадцать усилителей,датчик полупериода, силовой генератор,первый и второй конденсаторы, четыре ключа и два блока ключей, каждый из которых собран по схеме однофазного моста, при этом к выходу инвертора подсоединены входы индикатора нуля, первого выпрямителя, датчика полупериода и первая вторичная обмотка многообмоточного выходного трансформатора. выход индикатора нуля подсоединен к В-входу счетчика, а к С-входу этого счетчика подключен выход тактового генератора, выходы счетчика подсоединены к адресным входам первого ПЗУ; выходы которого подключены к входам ЦАП, выход датчика полупериода подключен к первому входу третьего ПЗУ, а выход силового выпрямителя подсоединен к входу согласующего блока, выход которого подключен к входу первого дифференцирующего звена и к первым входам первого и второго компараторов, вторые входы которого подсоединены к выходу ЦАП, при этом выход ЦАП подключен к входу второго дифференцирующего звена, выход которого подключен к первому входу третьего компаратора, а второй вход последнего подсоединен к общему. проводу, первый вход второго ПЗУ и третий вход третьего ПЗУ подключены к выходу выпрямителя, вход которогО подсоединен к выходу первого. дифференцирующего звена, выход первого компаратора подключен к второму входу третьего ПЗУ, выход второго компаратора - к третьему входу второго ПЗУ и к пятому входу третьего ПЗУ, а выход третьего компаратора - к второму входу второго ПЗУ и к четвертому входу третьего ПЗУ,1746501 12 однофазного моста, выходы второго ПЗУ через усилители подключены к входам первого, второго, третьего и четвертого ключей, выходы третьего ПЗУ через усилители 5 подключены к входам ключей однофазных мостов, при этом первое ПЗУ запрограммировано по синусоидальному закону, второе ПЗУ- в соответствии с табл. 1, третье ПЗУ - в соответствии с табл. 2.10 Таблица 1 Табл Выходы1 Ф яз ж Е 5 Еб О о о о о 1 . 1 а оО1 1 о оо1 г о, о г 1о о го оо о . о о а о1 о аоо оао о о,о выход силового генератора через соответствующие первыйи второй ключи подключен к первому и второму конденсатору, параллельно которым подключены соответственно третий и четвертый ключи и соответственно вторая и третья вторичные обмотки многообмоточного выходного трансформатора, каждая из которых включена в диагональ соответствующей схемы о о о а о о о о о о о о о ао о0 0 1 о о0 1 0 о г 0 о 1 а оо о0о о о 1 0 о 0 о о 1 О 1 о о 1 О 1О о о о 1 1 1 11746501 Составитель Я.ГреивулисРедактор Н,Тупица Техред М.Моргентал Корректор Л,Мац ро твенно-издательский комбинат "Патент", г. Уж арина, 101 аказ 2402 ТиражВНИИПИ Гос а твПодписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035. Москва, Ж.35, Раушская наб 4/5