Регулируемый инвертор

м. Кл,Н 02 М 7/537 Ъеудпратеанньгй квинтет СССР пп делам нзобретеннй н вткрытнй(088.8) 72) Авторы изобр-тення А,Е, Сурминскийевский Б.Л. Уан-Золи, В.С, Моини В.А. Ци 71) Заявитель 54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИНВЕРТО еИзобретение относится к электротехнике .и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного тока в п ременный с помощью регулируемых инверторов.Известны регулируемые инверторы, содержащие ряд преобразовательных ячеек, соединенных по входу параллельно, а по выходу последовательно. Как наиболее простые преобразовательные30 ячейки, содержащие лишь два силовых транзистора, в подобных инверторах используются ячейки с выходным трансформатором, имеющим отвод от средней точ 11 ки первичной обмотки. Коэффициенты трансформации трансформаторов ячеек выбирают по закону двоичного счета, что увеличивает количество ступеней (уровней) выходного напряжения при данном количестве ячеек 11 и Г 21.Известен также ступенчато-регулируемый инвертор, выполненный с одним трансформатором, секции первичноч обмотки которого переключаются дополнительными ключами Г 3,1.Недостаток данного инвертора состоит в необходимости использования в качестве ключей тиристоров или транзисторов с последовательно-включенным диодом, что снижает КПД и ограничивает допустимый диапазон коэфФициента мощности нагрузки.Наиболее близким.по техническому решению к предлагаемому является инвертор,содержащий И включенных параллельно по входу преобразовательных ячеек, каждая из которых имеет двухтактны 1) коммутатор на управляемых ключах, и силовой магнитный узел, подключенный к выходу коммутатора и имеющий две полуобмотки, причем магнитный узел первой из указанных ячеек выполнен в виде трансформатора с выходной обмоткой, включенной в нагрузочную цепь. Преобразовательные ячейки в некоторых режимах (при входных напряжениях,близких к максимальному)3 86 работают встречно, т. е. часть мощнос. ти, пройдя через нагрузку, возвращается в источник питания 43.Однако вследствие этого габариты и масса трансформаторов и транзисторов некоторых ячеек увеличены. Кроме того, в тех случаях, когда инвертор предназначен для питания нескольких гальванически разделенных нагрузок, трансформаторы всех ячеек данног инвертора должны иметь несколько выходных обмоток, что усложняет конструкцию трансформаторов.Цель изобретения - снижение массы и габаритов.Эта цель достигается тем, что в инверторе магнитные узлы всех ячеек, кроме первой, выполнены в виде авто- трансформатора, полуобмотки которого имеют отводы, участок первой полу- обмотки от ее начала до отвода и участок второй полуобмотки от отвода до конца магнитного узла любой ячейки равны по числу витков и каждый образует с одной из полуобмоток магнитного узла предыдущей ячейки согласнопоследоватепьную цепь, Кроме того коммутатор:враждой ячейки может быть выполнен на четырех управляемых ключах, соединенных по мостовой схеме, выводы постоянного тока которой соединены с входными выводами инвертора, а к выводам переменного тока подключены конец первой и начало второй полуобмоток магнитного узла данной ячейки, причем начало первой и конец второй полуобмоток автотрансформатора последней ячейки соединены между собой, а отводы первой и второй полуобмоток автотрансформатора каждой данной ячейки соединены соответственно с началом первой и концом второй полуобмоток магнитного узла преды.дущей ячейки.При этом коммутатор каждой ячейки может быть выполнен на двух управляемых ключах, .в магнитных узлах всех ячеек начало первой полуобмотки соединено с концом второй полуобмотки и подключено к первому входно" му выводу.инвертора в нечетных ячейках и к второму входному выводу в четных ячейках, во всех нечетных ячейках первый силовой электрод пер" вого управляемого ключа соединен с концом первой полуобмотки, а второго управляемого ключа - с началом вто" рой полуобмотки, во всех четных ячейках второй силовой электрод первого 6673 управляемого ключа соединен с началом второй полуобмо 1 ки, а второгоуправляемого ключа - с концом первойполуобмотки, вторые силовые электроды первых управляемых ключей всехнечетных ячеек, кроме последней, ипервые силовье электроды вторых управляемых ключей всех четных ячеек,кроме последней, соединены с отводами вторых полуобмоток автотрансформаторов последующих ячеек, вторые силовые электроды вторых управляемыхключей всех нечетных ячеек, кроме последней, и первые силовые электроды15 первых управляемых ключей всех четныхячеек, кроме последней, соединены сотводами первых полуобмоток автотрансформаторов последующих ячеек, а одноименные силовые электроды последнейячейки объединены и подключены к од 20ному из входных выводов инвертора.Кроме того, при общем четном числе ячеек объединены первые силовыеэлектроды управляемых ключей послед 25ней ячейки и подключены к первомувходному выводу инвертора,Кроме того, при общем нечетном чис.ле ячеек объединены и подключены квторому входному выводу инверторавтор ле силовые электроды управляемыхключей последней ячейки.На фиг. 1 показан инвертор на двухмостовых ячейках на фиг. 2 - инвертор на трех мостовых ячейках; нафиг. 3 - инвертор на двух ячейках соЭ 5 средней точкол выходного трансформатора; на фиг. 4 - инвертор на трех ячейках со средней точкой выходного трансформатора.Инвертор (фиг, 1) содержит первыймост управляемых ключей 1-4, например транзисторов, и второй мост управля-емых ключей 5-8, подключенных по цепи питания к входным выводам инвертора 9 и 1 О. Выходной трансформатор первой ячейки 11 имеет вторичную обмотку 12, соединенную с выходными выводами инвертора для подключения нагрузки, и две первичные полуобмотки 13 и 14, начало одной и конец другойкоторых подключены к выходным выводам первого моста, Выходной трансформатор второй ячейки 15 имеет две полу- обмотки, соединенные между собой согласно и образующие обмотку 16, подключенную к выходу второго моста и имеющую два симметричных относительно середины отвода, соединенных с выводами обмоток 13 и 14.5 1 О %5 20 25 ЗО 35 45 50 55 вертора, равно четырем. Когда открыты транзисторы 24, 31 и 39 формируется максимальный уровень выходного напряжения, так как напряжения между точкой соединения полуобмоток и отводом автотрансформаторов 33 и 41 суммируются с напряжением питания. Когда открыты транзисторы 24, 32 и 40, формируется более низкий уровень выходного напряжения, так как напряжение на участке обмотки 42 вычитается из напряжения питания,Когда открыты транзисторы 24, 31 и 39, форми 5 ЗббИнвертор (фиг, 2) содержит тримостовых преобразовательных ячейки.Помимо первой ячейки с транзисторами1-4 и трансформатором 11 ипоследнейячейки с транзисторами 5-8 и трансформа 1 ором 15, .и"вертор содержит промежуточную ячейку с транзисторами 1720 и трансформатором 21, имеющим обмотки 22 и 23 с отводами. Отводы обмоток 22 и 23 соединены с выводами обмоток 13 и 14, а отводы обмоток 16 соединены с выводами обмоток 21 и 22.Инвертор (Фиг,-З) содержит первуюпреобразовательную ячейку с ключами24 и 25 и выходным трансформатором26, который имеег две полуобмотки,соединенные согласно и образующие первичную обмотку 27 и вторичную обмотку 28, соединенную с выходьми выводаки 29 и ЗО инвертора. Вторая преобразовательная ячейка выполнена на транзисторах 31 и 32 и выходном трансформаторе 33, две полуобмотки которого соединены согласно-последовательно в точке 34 и имеют отводы 35 и 36, расположенные симметрично по обе стороны относительно точки 34. Точка соединения полуобмоток 27 сое. динена с первым входным выводом инвертора 37, а точка 34 соединена свторым входным выводом инвертора "8. Выводы полуобмоток 27 соединень. с коллекторами транзисторов 24 и 25, а выводы полуобмоток тран Форматора ЗЗ соединены с эмиттерами транзисторов 31 и 32, Змиттеры транзисторов 24 и 25 соединены с отводами 35 и 36 соответственно, а коллекторы транзисторов 31 и 32 соединены с выводом 37;В инверторе (Фиг. 4) помимо рассмотренных двух ячеек введена третья ячейка на транзисторах 39 и 40 и трансформаторе 41 с полуобмотками 42, выполненном аналогично трансформгто ру 39. Точки соединения полуобмоток 27 и 42 соединены с выводом 37, выводы полуобмоток 42 соединены с коллекторами транзисторов 39 и 40, эмиттеры которых соединены с выводом 38. Коллекторы транзисторов 31 и 32 соединены с отводами полуобмоток 42.Инвертор работает следующий об" разсм.Когда открыты транзисторы 1, 4, 5 и 8 (фиг. 1) на обмотках трансформа торов появляется напряжение с полярностью, указанной на чертеже без скобок. При этом к полуобмоткам 13 и 14 приложено напряжение питания за вычетом напряжения между отводами обмотки 16. Когда открыты транзисторы, 4, 5 и 7, напряжение на обмотке 16 становится равным. нулю и к обмоткам13 и 14 приложено полное напряжениепитания инвертора, а когда открытытранзисторы 1, 4, 6 и 7, полярностьнапряжения на обмотке 16 изменяетсяна обратную (показана в кружках) и к обмоткам 13 и 14 приложено напРЯжение питания в сумме с напряжением между отводами обмотки 16. Если открыты транзисторы 2, 4, 6 и 7 к обмоткам 13 и 14 приложено только напряжение между отводами обмотки 16.Таким образом, измен"я алгоритм коммутации транзисторов инвертора можно получить четыре уровня выходногонапряжения с целью регулирования(стабилиэации) его величины и (или) сцелью Формирования заданной ступенчатой кривой выходного напряжения. В варианте трех: ячеек (Фиг. 2) можно аналогичным образом получить 13 уровней выходного напряжения. В инверторе (Фиг. 3), когда открыты транзисторы 24 и 32 к полуобмотке 27 приложена сумма напряжения питания и напряжения между отводами 3 и 35, а когда открыты транзисторы 24 и 31, к указанной полуоб отке прило-" жена разность напряжения питания и напряжения между отводами 34 и 35. В другой полупериод открываются соответствнно транзисторы 25 и 31 или25 и 32. Таким образом, в оба полупериода на нагрузке Формируется напряжение двух уровней, что может бы гьиспользовано для регулирования (стабилиэации) величины. этого напряжения или для получения ступенчатой формы.В инверторе на трех ячейках (Фиг. 4) процессы происходят аналогично с той лишь разницей, что количество уровней напряжения, которые могут быть сформированы на выходе ин86 ббруется еще более низкий уровень выходного напряжения, так как из напряжения питания вычитается напряжение на участке 34-35 обмотки трансфор матора 33. Когда открыты транзисторы 24, 31 и 40,формируется самый низкий уровень выходного напряжения, так как вычитаются напряжения на участках обмоток обоих автотрансформаторов 33 и 41. Для получения равной велич ны ступеней соотношение коэФфициентов трансформации автотрансформаторов 2 б, 33 и 41 выбирается по закону двоичного счета, т.е. 4:2:1.В отличии от известного габариты и масса трансформаторов 15, 21, 33 и 41 существенно уменьшены, а КПД увеличен, так как они выполнены по,автотраисформаторной схеме. Кроме того, увеличение количества выходов инвер" тора вызывает увеличения ко:тичества обмоток только одного трансформатора 14 или 26, что упрощает устройство и повышает его КПД.Формула изобретения1, Регулируемый инвертор, содержащий И включенных параллельно по входу преобразовательных ячеек, каждая из которых имеет двухтактный коммутатор на управляемых ключах, и силовой магнитный узел, подключенный к выходу коммутатора и имеющий две полуобмотки, причем магнитный 1 узел, первой из указанных ячеек выполнен в виде трансформатора с выходной обмоткой, включенной в нагрузочную цепь, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения массы и габаритов, магнитные узлы всех ячеек,40 кроме первой, выполнены в виде автотрансформатора, полуобмоткн которого имеют отводы, участок первой полуобмотки от ее начала до отвода и участок второй полуобмотки от отвода до конца любой ячейки равны по числу витков и каждый образует с одной из полуобмоток магнитного узла предыдущей ячейки. согласно-последовательную цепь, 502, Инвертор, по и. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что коммутатор каждой ячейки выполнен на четырех уп-, равляемых ключах, соединенных по мостовой схеме, выводы постоянного то ка которой соединены с входными выводами инвертора, а к выводам переменного тока подключены конец первой 73 Ы.и начало второй полуобмоток магнитного узла данной ячейки, причем начало первой и конец второй полуобмоток автотрансформатора последней ячейки соединены между собой, а отводы первой и второй полуобмоток автотрансформатора каждой данной ячейки соединены соответственно с началом первой и концом второй полуобмоток магнит" ного узла предыдущей ячейки.3. Инвертор, по п. 1, о т ли " ч а ю щ и й с я тем, что коммутатор каждой ячейки выполнен на двух управляемых ключах, в магнитных узлах всех ячеек начало первой полуобмотки соединено с концом второй полуобмотки и подключено к первому входному выводу инверторч в нечетных ячейках и ко второму входному выводу в четных ячейках, во всех нечетных ячейках первый силовой электрод первого управляемого ключа соединен с концом первой полуобмотки, а второго управляемого ключа - с началом второй полу- обмотки, во всех четных ячейках второй силовой электрод первого управляемого ключа соединен с началом второйполуобмотки, а второго управляемого ключа " с концом первой полуобмотки, вторые силовые электроды первых управляемых ключей всех нечетных ячеек, кроме последней, и первые силовые электроды вторых управляемых ключей всех четных ячеек, кроме последней, соединены с отводами вторых полуобмоток автотранорорматоров последующих ячеек, вторые силовые электроды вторых управляемых ключей всех нечетных ячеек, кроме последней, и первые силовые электроды первых управляемых ключей всех четных ячеек, кроме послед" ней, соединены с отводами первых полуобмоток автотрансформаторов последующих ячеек, а одноименние силовые электроды ключей последней ячейки объединены и подключены к одному из входных выводов инвертора.4. Инвертор, по п. 3, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что при четном общем числе ячеек объединены н подключены к первому входному выводу инвертора первые силовые электроды управляемых ключей последней ячейки.ю5, Инвертор, по п. 3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что при нечетном общем числе ячеек объединены и подключены к второму входному выводу866673 вторые силовые электроды управляемыхклочей последней ячейки.Источники информации,аоинятые во внимание при экспертизе1. Патент США В 3581212,кл. 328-14, 1971. 2. Авторское В 505104, .кл. Н3. Авторское Ф 276234, кл. Н4 Авторское В 50503, кл. Н Освидетельство СССР02 М 7/48, 97.свидетельство СССР02 М 7/48 р 1968свидетельство СССР02 М 7/48, 1971.