Преобразователь -фазного напряже-ния b однофазное

Союз Советскик Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУФ(22) Заявлено 1805.79 (21) 27 б 817 б/2 4-07 Н 02 М 5/27 с присоединекием заявки Йо Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК б 21,314. , 27 (088. 8) Дата опубликования описания 300 381(71) Заявитель образуют общий выход преобразователя,а также систему управления, содержашую источник управляющего напряженияи соединенные. последовательно задающий генератор, основной .делитель частоты, К-канальный распределитель импульсов и подключенный к нему фазо.сдвигающий блок, содержащий Б каналов, каждый из которых выполнен в виде соединенных последовательно управ -ляемого генератора линейно-изменяющегося напряжения, схемы сравнения,од-ним извходов связанной с источникомуправляющего напряжения, и схем) выделения управляющих напряжений, атакже 2 п)Н оконечных усилителеймощностн, связанных со входами силовых ключей 41,Принцип работы известного преобра 20 зователя и)-фазного напряжения в,однофазное основан на пофазной амплитудно-импульсной модуляции п)-фазного,переменного напряжения с частотой Г 4,вспомогателвными К раз сдвинутыми25 относительно друг друга на определенный фазовый угол пт-фазными переменными напряжениями типа меандра счастотой й 2. При этом на выходах амплитудно-импульсных модуляторов фор 30 мируются промодулированные напряжеИзобретение относится .к преобразовательной технике и может быть использовано для построения преобра. зовательных установок различного рода энергосистем, например автономных,систем электроснабжения,с высоким качеством выходной энергии,Изв ес тны преобразов а тели щ-фазного напряжения в однофаэное,в состав которых входят амплитудно-импульсные модуляторы на ключах с двухсторонней проводимостью, а также. система управления, обеспечивающая заданный алгоритм переключения ключей амплитудноиьпульсиых модуляторов 11, 121 и (.31.Недостаток укаэанных преобразов телей - наличие фазового сдвигановной гармоники выходного напряжения в процессе его регулирования, а также низкочастотной модуляции вйходного напряжения из-эа несимметрии импульсов управления.Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий, щИ амплитудно-импульсных модуляторов, выполненных по схеме однофаэного инвертора на силовых ключах с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансформаторы, последовательно соединенные выходные обмотки которых В,М,Скобченко, В.И.Сенько, Н,П,Макаренко, А,А,Штурбин, Г,В.филинов и В.И.Овдинния, математическ и которым с оотв етствует операция перемножения соответствующего фаэного переменного напряжения на соответствующее ему дополнительное переменное напряжение, скважность которого зависит от величины сдвига фаз.между вспомогательными напряжениями, модулирующими этуФазу; В результате геометрического суммирования выходных напряжений амплитудно-импульсных модуляторов на выходе преобразов ателя формируетс я кваэисинусоидальное напряжение.Недостаток известного преобразователя щ-фазного напряжения в однофаэное - низкое качество выходного напряжения иэ-эа напичия в нем низкочастотной модуляции и фазового сдвига основной гармоники выходного напряжения в процессе его регулиров ания, выэв анного характером используемого в данном случае генератора 20 линейно-изменяющегося напряжения (генератор пилообразного напряжения) . В данном преобразователе реализован многоканальный принцип формирования управляющих импульсов, псступающих на ключи амплитудно-импульсных модуляторов, Низкочастотная модуляция выходного напряжения преобразователя возникает из-за несимметрии импульсов управления хотя бы в одном из каналов формирования управляющих импульсов по отношению к другим каналам, Так в состав преобраэов ателя п-фазного напряжения в однофазное (при в = 3), содержащего (при К = 1) три амплитудно-импульсных модулятора, входит три канала формирования импульсов, каждый из которых содержит три управляемых генератора пилообразного напряжения. Практически невозможно выполнить несколько управляемых гене раторов, формирующих на выходах пилообразные напряжения с равными амплитудами и идентичной линейностью (особенно значительный разброс значе . ний этих параметров оказывается при 45 широком диапазоне изменения температуры окружающей среды, в которой работает преобразователь), В случае, если на входы силовых ключей первых стоек амплитудно импульсных модуляторов поступают соответствующие управляющие напряжения и поотивофазные им, то на входе силовых ключей вторых " стоек поступают управляющие напряженияи противофазные им,. которые Формируются в результате срав.lнения пилообразных напряжений (с разЛичными амплитудами) с опорным напряжением, В результате амплитудно- импульсной модуляции фазные напряжения будут перемножаться на соответ ствующие им дополнительные переменные напряжения, несимметричные между собой, что приведет после геометрическ ого суммиров ания промодулиров анных напряжений к появлению низкочастотной б 5 модуляции выходного квазисинусоидального напряжения преобразователя.Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения преобразователя путем устранения в нем низкочастотной модуляции и сдвига Фазыосновной гармоники выходного напряжения в процессе его регулирования.Поставленная цель достигаетсятем, что преобразователь т-фаэногонапряжения в однофаэное, содержащийгпту амплитудно-импульсных модуляторов,выполненных по схеме однофазного ин-вертора на силовых ключах с двухсторонней проводимостью и нагруженных натрансформаторы, последовательносоединенные выходные обмотки которых образуют общий выход преобразователя, а также системууправления, содержащую источникуправляющего напряжения .и соединенные последовательно задающий генератор, основной делитель частоты,К-канальный рас пределит ель импульс ови подключенный к нему фазосдвигающийблок, содержащий Б каналов, каждыйиэ которых выполнен в виде соединенных последовательно управляемого генератора линейно-изменяющегося напряжения, схема сравнения, одним иэвходов связанной. с источником управляющего напряжения, и схемы выделенияуправляющих напряжений, а также 2 пИоконечных усилителей мощности, связанных со входами силовых ключей, дополнительно снабжен 2 М узлами синхронизации, каждый иэ которых входомподключен к одному иэ выходов И-ойсхемы выделения управляющих напряжейий, а выходами - ко входам в оконечных усилителей мощности, И синхройизированными триггерами, каждый изкоторых входом подключен к М-му выходу К-каиального распределителя.импульсов, а выходом - ко входу Ы-ойпары узлов синхронизации, причемгенератор линейно-изменяющегося напряжения выполнен в виде генераторасимметричного треугольного напряжения, а узел синхронизации выполненв виде соединенных последовательносхем выделения фронта импульса, подключенного к ней установочным входомдЕлителя частоты, тактовый вход которого сВязан с выходом задающего, генератора, и сдвигающего регистра,управляющий вход которого подключенк выходу управляющего триггера, одним из входов которого подключен квыходу схемы выделения управляющихнапряжений, а второй - к выходу Б-госинхронизированного триггера,Кроме того схема выделения управляющих напряжений содержит двесхем выделения фронта импульса, подключенных входами одна непосредственно, а другая - через инвертор к И-мувыходу К-канального распределителяимпульсов, а также две последовательно соединенные схемы 2 И-НЕ, первая из которых подключена одним извходов к выходу схемы совпадения, вторым - к выходу одной из схем выделения фронта импульса, причем вторая схема выделения фронта импульса выходом под.5 ключена ко второму входу второй схемы 2 И-НЕ, выходом подключенной к инвертору, вход и выход которого Образуют два выхода схеж выделения, управляющих напряжений. 10На фиг. 1 дана структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг, 2 - схема амплитудно-импульсного Модулятора на ключах с двухсторонней проводимостью; на фиг. 3 - одна из возможных схемных реализаций ключа с двухсторонней проводимостью; на фиг. 4 - временные диаграмма, поясняющие принцип формирования.управляющих напряжений в предлагаемом преобразователе; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы схем выделения управляющих напря. жений; на фиг. 6 - пример выполнения схем выделения фронта импульсов .Преобразователь щ-фазного напря жения в однофазное содержит источник в-фазного напряжения 1, подключенные к нему щИ амплитудно-импульсных модуляторов 2 (на фиг. 1 приведена структурная схема для в = 3, И = 1), выполненных по схеме однофазного инвертора и нагруженных на трансформа.торы 3, выходные обмотки которых образуют общий выход, подключенный к нагрузке 4. 35Система управления содержит источник управляющего напряжения 5(в качестве его может быть использован выход блока обратной связи по . напряжению), соединенные последовательно задающий генератор 6, основ ной делитель 7 частоты, К-канальный распределитель 8 импульсов, а также подключенный к нему фазосдвигающий блок 9 (в.общем случае содержащий Ю каналов, но в. данном примере показан один канал), выполненный в виде. соединенных последовательно .управляемого генератора линейно-изменяющегося напряжения 10, схемы 11 сравнения, одним из входов связанной с 5 О источником управляюшего напряжения 5 и схемы выделения управляющих напряжений 12, к каждому из двух выходов которой (инвертирующему и неинвертирующему) подключен узел 13 синхроГ низации выполненный в видесоединенных последовательно схеж выделения фронта импульсов 14, подключенногок ней установочным входом делителя15 частоты, тактовый вход которого связан с выходом задающего генерато ра 6, и сдвигающего. регистра 16, уп" равляющий вход которого подключен,. к выходу управляющего триггера 17, один из входов которого подключен к выходу схемы выделения управляющих. 65 напряжений 12, а второй - к выходу синхронизирующего триггера 18.Схема выделения управляющих напряжений содержит две схемы 19 и 20 выделения фронта импульса, одна из которых (19) подключена входом непосредственно, а вторая (20) через инвертор 21 к выходу К-канального распределителя 8 импульсов, а также последовательно соединенные схемы 22 и 23 типа 2 И-НЕ, первая иэ которых подключена одним из входов к выходу схемы 11 сравнения, вторым к выходу схемы 20 выделения фронта импульса, причем схема 19 выделения Фронта импульса подключена ко второму входу второй (23) схемы 2 И-НЕ, вы ходом подключенной к фаэоинвертору 24, вход и,выход которого образуют два входа схемы выделения управляющих напряженийВыходы сдвигающих регистров 16 через усилители 25 и 26 мощности связаны ссиловыми ключами амплитудно- импульсных модуляторов 2, пример реализации которых приведен на фиг. 3. Амплитудно"импульсный модулятор 2 выполнен по мостовой схеме на ключах с двухсторонней проводимостью в виде двух стоек 27 и 28. Раздельное управление стойками 27 и 28 позволяет плавно регулировать величину действую. щего значения выходного напряженияпутем широтно-импульсного регулирова 4ния, при этом усилители 25 и 26 мощности связаны соответственно со стойками 27 и 28 амплитудно-импульсных модуляторов,Рассмотрим принцип формирования импульсов управления силовыми ключами.одного комплекта амплитудно-импульсных модуляторов (Б = 1, щ = 3) .Последовательность импульсов 29 с выхода задарщего генератора 6 пос; тупает на делитель 7 частоты,на выходе которого формируется последовательность импульсов 30, поступающая на вход К-канального распределителя8 импульсов, на входе которого формируются К сдвинутых относительно друг друга на фиксированный угол 9 импульсов 31, 32 типа меандра -(показано только два имПульса), Импульсы 3132 поступают далее на триггеры синхро низации соответствующих фазосдвигающих блоков, формирующих импульсные напряжения 33,34. Принцип формирования напряжения управления одного каналарассмотрим на примере фазосдвигающего блока 9, синхронизированного относительно импульсного напряжения 31. Импульсное напряжение 31 поступает на вход генератора линейно изменяющегося напряжения 10 ( в данном случае генератора треугольного напряжения, в качестве которого может быть испольэован интегратор), на выходе которогоформируется напряжение 35, сравниваемое с напряжением управления 36, при этом на выходе схемы 11 сравнения формируется напряжение 37, которое также является выходным напряжением схемы выделения управляющих напряжений 12, на инвертирующем выходе кото рой формируется импульсное напряжение 38. На выходе схем выделения Фронта импульсов 14 Формируются импульсы 39,40, соответствующие временному, расположению положительного фронта последовательностей импульсов 37,38, Импульсы 39,40 принудительно устанавливают выход делителя 15 частоты в единичное состояние (положительный ,потенциал), причем в нулевое состояние каждый из делителей 15 переходит при поступлении на его вход от задаю- щего генератора первого (после самого импульса 39 или 40) высокочастотного импульса последовательности 29, 20 Таким образом, после прихода установочного импульса 39 или 40 начальная фаза импульсов 41 и 42 на выходе делителей 15 частоты совпадает с моментом сравнения напряжения 35 с 25 управляющим напряжением 36. Далее импульсы 41, 42 поступают на сдвигающие регистры, синхронизация которых осуществляется управляющими триггерами.На выходах каждой из схем регистра 16 формируются последовательности импульс ов 43-45 и 46-48, сдвинутых на угол 2/3 относительно друг друга. Импульсы управления 43-45 подаются на стойки 27, а импульсы управления 46-48 - на стойки 28 амплитудно-импульсных модуляторов, на выходе которых будут формироваться промодулированные напряжения, эквивалентные коммутационные функции которых представлены на диаграммах 49-51. Такой 40 вид имело бы напряжение на выходах амплитудно-импульсных модуляторов 2, если бы последние были подключены к источнику постоянного напряжения.Для обеспечения нормальной работы 4 схемою выделения управляющих напряжений необходимо, чтобы при изменении величины управляющего напряжения выше или ниже уровня треугольного напряжения не происходило сбоя в .работе о узлов синхрочизации , Предлагаемая структура схемы выделения управляющих наПряжений позволяет исключить воэмофность возникновения таких сбоев.На вход схемы выделения управляющих напряжений 12 поступает импульсное напряжение 31На выходе схем выделения фронта импульса формируются последов ательности импульсов 52, 53.Соединение логических схем 2 И-НЕ 22 зд 23 с выходами схемы 11 сравнения 60 и схем формирования Фронта импульса 22, 23 обеспечивает такой режим работы, при котором независимо от уров ня напряжения управления на выходах схемы выделения управляющих напряже 65 ний формируются импульсные напряжения 54,55,56, обеспечивающие формирование на выходах управляющих триггеров 17 импульсных последовательнос.тей 57-62. При этом эквивалентныекоммутационные Функции представленына диаграммах 63-65, Как видно, основная гармоника эквивалентной коммутационной функции в процессе регу-лирования не изменяется по фазе, Навыходе же сдвигающего регистра вкаждом из узлов синхронизации формируются импульсные напряжения с .Фиксированным фаэовым сдвигом (в данномслучае 2 В/Ъ) . Формула изобретения1.Преобразователь пг-фазного напряжения в однофазное, содержащий вВ амплитудно-импульсных модуляторов выполненных по схеме однофазного инвертора на силовых ключах с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансФорматоры, последовательно соединенные выходные обмотки которых образуют общий выход преобразователя, а также систему управления, содержащую источник управляющего напряжения и соединенные последовательно задающий генератор, основной делитель частоты, К-канальный распределитель импульсов и подключенный к нему фазосдвигающий блок, содержащий И каналбв, каждый иэ, которых выполнен в виде соединенных последовательно управляемого генератора линейно изменяющегося напряжения, схемы сравнения, одним из входов связанной с источником управляющего напряжения, и схемы выделения управляющих напряжений, а также 2 щИ оконечных усилителей мощности, связанных со.входами силовых ключей, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества выходной энергии путем устранения фазового сдвига основной гармоники выходного напряжения в процессе его регулирования и устранения низкочастотной модуляции, он дополнительно снабжен 2 И узлами .синхронизации, каждый иэ которых входом подключен к одному из выходов И-ой схема выделения управляющих напряжений, а выходами - ко вхо- . дам ж оконечных усилителей мощности, Н синхронизированными триггерами, каждый из которых входом подключен к И-му выходу К-канального распределителя импульсов, а выходом - ко входу И-ой пары узлов синхронизации, причем генератор линейно-изменяющегося напряжения выполнен в виде генератора симметричного треугольного напряжения, а узел синхронизации выполнен в виде соединенных последовательно схем выделения фронта импульса,подключенного к ней установочным входом делителя частоты, тактовый вход которого связан с выходом задающего генератора, и сдвигающеть регистра, управляющий вход которого подключен к выходу управляющего триггера, одним из входов которого подключен к выходу схем выделения управляюших напряжений, а второй - к выходу 1 Ф-го синхронизированного триггера,2, Преобразователь по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, схема выделения управляющих напряжениЯ со" держит две схемы выделения фронта им- о пульса, подключенных входами одна непосредственно, а другая через инвертор к М-му выходу К-канального распределителя импульсов, а также две последовательно соединенные схемы 2 И-НЕ, первая из которых подключена одним иэ входов к выходу схеж совпадения, вторым - к выходу одной из схем выделения фронта импульса, причем вторая схема выделения фронта импульса выходом подключена ко второму входу второй схем 2 И - НЕ, выходомподключенной к инвертору, вход и выход которого образуют два выхода с хеьи выделения управляющих напряжений,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Пьяных Б,Е. Исследование несимметричных режимов преобразователейчастоты с однократной модуляцией.Дисс. на соиск. учен, степ, канд,техн, наук. К., Изд-во АН УкраинскойССР, с, 1972, с, 212-215.2. Карташов Р.П Чехет Э.М.Функциональные схемы преобразователейчастотыУстройства преобразов ательной техники. Вып. 2, К.,Наук ов адумками, 1969.3, Патент США Р 3170107, кл,321-7,16.02.65.4. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2641860/07, 07,07,78,/ да а 730 нного ений и 35, Ра э 1478/75 Тираж ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 113035, Москва, Ж Эа П сное омитета СССРоткрытий шская наб., д, 4 ППП Патент, г. Ужгор или н Про