Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы

(54) ПРЕО ПРЯЖЕНИЯ ТОЙ ФОРМЫ (57) Изоб разовател зовано пр промежуто а также в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(53) 621.314.572(088,8)орское свидетельс9, кл, Н 02 М 7/4ское свидетельств3, кл. Н 02 М 7/4 БРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАВ ПЕРЕМЕННОЕ МНОГОСТУПЕНЧА- ретение относится к преобьной технике и м.б. испольи построении инверторов с чным звеном высокой частоты, усилителях класса Р и в имп х модуляторах большой мощности. Целью является упрощение и улучшение качества выходного напряжения,Устр-во содержит инвертор с основнымтр-ром 5 и вспомогательными тр-рами6,7, Дополнительнаяобмотка 16 тр-ра5 через лспомогательные ключи 8-10переменного тока соединена с первичными обмотками 17,18 тр"ров 6,7, Секции 19-22 вторичной обмотки тр-ра 5через основные ключи 11"15 переменно"го тока подключены к вторичным обмоткам 23,24 тр-ра 6 и к нагрузке 27.Алгоритм работы ключей 11-15 обеспечивает формирование на нагрузке однополярного напряжения независимо отполярности напряжения инвертора.1 з.п. ф-лы. 6 ил.Изобретение относится к силовойпреобразовательной технике и можетбыть использовано при построении инверторов с промежуточным звеном высокой частоты, а также в усилителяхзвуковой частоты и в импульсных амплитудных модуляторах большой мощности,Цель изобретения - упрощение греобразователя и улучшение качестваего выходного напряжения,Цель достигается путем увеличениячисла формируемых с одинаковым поамплитуде шагом квантования уровнейнапряжения в кривой выходного напряжения при ограниченном количестве,трансформаторных устройств и ключейпеременного тока в выходных цепяхпреобразователя,На фиг, 1 - 3 представлены оптимальные варианты схем предлагаемогопреобразователя; на фиг, 4 - 6 - временные диаграммы, поясняющие алгоритмы переключения ключей и процесс Формирования выходного напряжения соответственно для модификаций преобразователя по Фиг, 1 - 3.Предлагаемый преобразователь(фиг. 1) содержит инвертор, выполненный по схеме со средней точкой наключах 1 и 2 и подключенный своимвходом к источнику 3 питания, а выходом - к первичной обмотке 4 основного трансформатора 5, вспомогательные трансформаторы 6 и 7, коммутирующий узел, представляющий собой цепочку из последовательно соединенныхвспомогательных ключей 8-10 переменного тока, а также основные управляемые ключи 11-15 переменного тока,Дополнительная обмотка 16 основноготрансформатора 5 подключена к концам цепочки ключей 8- 10, первые концы первичных обмоток 1 и 18 вспомогательных .трансформаторов 6 и 7 сое-.динены с нижним па схеме концом цепочки вспомогательных ключей, а вто-рые их концы подключены к точкам соединения соответственно ключей 8 и 9,9 и 1 О. Вторичная обмотка основноготрансформатора 5 разделена промежуточными отводами на секции 19-22,Вторичные обмотки 23-26 вспомогательных трансформаторов соединены согласно-последовательно и образуют вспомогательную вторичную обмотку, содержащую две полуобмотки, каждая изкоторых состоит соответственно иэодноименных обмоток 23 и 25 и одноименных обмоток 24 и 26 различныхвспомогательных трансформаторов, Тачка соединения полуабмоток образуетпервый выходной вывод преобразователя,Промежуточные отводы вторичнойобмотки основного трансформаторачерез дополнительно введенные основные ключи 12-14 соединены с вторым10 выходным выводом преобразователя,а разноименные концы указанной ивспомогательной вторичных обмотоксоединены между собой через соответствующие основные ключи 11 и 15, Квыходным выводам преобразователяподключены приемники 27 электрической энергии (нагрузка), Числа витковв крайних секциях 19 и 22, в промежуточных секциях 20 и 21 вторичнойобмотки основного трансформатора, атакже во вторичных обмотках 23 и 24,25 и 26 вспомогательных трансформаторов соответственно равны между собой, т,е. 11 =л, Ч =г 1 и т.д. Соотношение чисел витков во вторичныхобмотках 23 (24) и 25 (26) соответствующих вспомогательных трансформаторов, в крайних 19 (22) и промежуточных 20 (21) секциях вторичной обмотки основного трансформатора выбрано равным 35 где К , К в . соответственно отношения чисел витков 4,И,в первичных обмоток17 и 18 вспомогательных трансформаторов к40 числу витков У допол 16нительной обмотки 16основного трансформатора;Ж - количество трансформа 45 торов преобразователя(М=З),Вариант схемы преобразователя,представленный на Фиг. 2, отличается от схемы на Фиг, 1 тем, что в50 нем каждая крайняя секция вторичнойобмотки снабжена по крайней мере одним дополнительным отводом, соединенным через дополнительный ключ 28(29) с соответствующим концом вспа 55 магательной вторичной обмотки, Числа витков в дополнительно образованных при этом обмотках 30 и 31 равны между собой 1 т,е, У =Ыз . Причемза зфсоотношение витков в обмотках 23 (24),:3:1:6.27 21 15Одна из возможных модификаций преобразователя представлена на фиг. 3. Этот вариант преобразователя дополнительно содержит третий вспомогательный трансформатор 32 с первичной Ю 33 и двумя вторичными 34 и 35 обмотками, четвертый ключ 36 в цепочке коммутирующего узла и четвертый промежуточный отвод во вторичной обмотке основного трансформатора. При этом 15 образованная указанным отводом промежуточная секция 37 вторичной обмотки основного трансформатора связана с вторым выходным выводом преобразователя через дополнительно 20 введенный основной ключ 38. Соотношение чисел витков в обмотках 23 (24), 25 (26), 34 (35), 30 (31), 19 (22) и 20 (21, 37) выбрано равным яззз 1 газо 11191"1 м=К 1 Ка Кз. 4::1:8,Причем 112 з -174 1 дз =4 ф 1 з, =1 зз, зо з 1 ф ш ф го -1 =11 з фВ общем случае (для оптимальных схем) количество промежуточных отводов во вторичной обмотке основного трансформатора равно количеству Х всех трансформаторов преобразователя. 35 Количество Мдополнительных отводов в каждой крайней секции вторичной обмотки может быть более одного, а значение величины (числа) М выбиН40 рается из соотношения М = - при М2И+1четном либо М = -= при Х нечетном,2Причем все обмотки, заключенные между дополнительными отводами, а также45 дополнительными отводами и концами вторичной обмотки основного трансфор. матора, выполняются с одинаковым числом витков, Числа витков в обмотках, заключенных между соседними до 50 полнительным и промежуточным отводами, также равны между собой, Одинаковое количество витков имеют секции, образованные промежуточными отводами, а также вторичные обмотки в каж 55 дом из вспомогательных трансформаторов. Для общего случая соотношение чисел витков во вторичных обмотках оответствующих вспомогательных транформаторов, чисел витков в обмотках, заключенных между дополнительными отводами, а также дополнительными отводами и концами вторичнойобмотки основного трансформатора,чисел витков в обмотках, эаключенных между соседними дополнительными промежуточным отводами, и чиселвитков в секциях, заключенных междупромежуточными отводами вторичнойобмотки основного трансформатора,выбрано равным К .;И:1:МИ, где К,отношение числа витков первичной обмотки соответствующего 1-го вспомогательного трансформатора к числувитков дополнительной обмотки основного трансформатора (1.=1, 2Н).Нумерация диаграмм на фиг, 4-6соответствует нумерации элементовсхем преобразователей (фиг, 1"3).Диаграммы Ь 5, Бб, П 7, 032 иллюстрируют форму и полярность напряженийна обмотках трансформаторов 5, 6, 7и 32 преобразователей (полярностьпо отношению к обозначенным точкойконцам обмоток). Диаграмма 027напряжение, Формируемое на нагрузке27 (положительная полуволна - "плюс"на правом по схеме конце нагрузки).Диаграммы У 8-15, Б 28, 029 и 1138импульсы управления (отпирающие),подаваемые на ключи 8-15, 28, 29 и38 преобразователей,Преобразователь, выполненный посхеме фиг, 1, работает следующимобразом (фиг. 4).В обмотках 19 и 22 основноготрансформатора и (при задействовании вспомогательных трансформаторов)в каждой иэ обмоток 23-26 индуктируются одинаковые напряжения, равные по величине амплитуде У, первой ступеньки выходного напряженияпреобразователя, В обмотках 20 и 21в соответствии с выбранным .соотношением витков индуктируются напряженияв трираза большие, т,е. Б =П =301. В интервалах времени О-С 1, С -С с - (фиг, 4) вспомогательйые транб 7сформаторы б и 7 не задействованы, так как их первичные обмотки 17 и 18 зашунтированы ключами 8 и 9 1 диаграммы Б 8-10), и, следовательно, напряжения на вторичных обмотках 23- 26 этих трансформаторов равны нулю (диаграммы Бб, Б 7), В укаэанных интервалах времени путем коммутацииключей 11-15 на нагрузке 2 Формируются соответственно напряжениепервой ступеньки У,=Б напряжениечетвертой ступеньки Б =У +О =Б +2 т 2 о+У= 311+30+Б= 711 (диаграммы Б 5,011-15, 1127 и фиг, 1), Пр этом алгоритм работы ключей 11-15 обеспечивает формирование на нагрузке однополярного напряжения независимо отполярности напряжения инвеотора (диаграммы У 5 и 027),В интервалах времени с -с , 1: -с,в работу вступает вспомогач 3тельный трансформатор 7, так как егопервичная обмотка 18 подключаетсяключом 10 к дополнительной обмотке 16основного трансформатора 5, а ключ9 размыкается (диаграммы 010 и Б 9),При этом напряжение на нагрузке увеличивается на величину Б 5 = 02 б " Б 125напряжения вторичных обмоток 25 и 26вспомогательного трансформатора 7(диаграммы Б 7, 027), т,е, при аналогичных коммутациях ключей 11-15 нанагрузке формируются соответственнонапряжения второй 0=20 пятой Б=511, и восьмой Б =811, ступенек,В интервалах С -е , С5 бз 3задействованы оба вспомогательныхтрансформатора 6 и 7 ( диаграммы 0810, 116, 07) путем подключения ихпервичных обмоток 17 и 18 через ключи 9 и 1 О к дополнительной обмотке16 основного трансформатора 5, Приэтом третья ступенька в кривой выходного напряжения формируется из напряжений обмоток 19, 23 и 25 либо 22,=60, а девятая ступенька - из напряжений обмоток 21, 20, 19, 23 и 25+311, +Б,+Б, +11 =90, .В общем случае последовательность формирования ступенек может быть любой, а их количество в кривой выходного напряжения определяется диапазоном регулирования (стабилизации) БвьюАлгоритм работы модификации преобразователя по фиг. 2, представленный на фиг 5, аналогичен указанному, Дополнительные отводы в крайних секциях вторичной обмотки основного трансформатора, соединенные через дополнительно введенные основные ключи 28 и 29 (фиг. 1), позволили увеличить число ступенек в кривой выходного напряжения преобразователя в два раза, Дополнительно образованные при этом секции 30 и 31 вторичной обмотки рассчитаны на напряжение Б, = Б= 311, а секции 20 и 21 - на напряжение Б = У = 601 (согласно предложенному соотношению чисел витков в обмотках), Первая, четвертая, седьмая, десятая, тринадцатая и шестнадцатая ступеньки в кривой выходного напряжения формируются с помощью коммутации секций 19- 22, 30 и 31 вторичной обмотки основного трансформатора при незадейство" ванных в работу вспомогательных трансформаторах (диаграммы на фиг. 5) . Так, например, первая ступенька формируется из напряжения У =Б обмот 1 Чки 19, четвертая - иэ напряжений 11 +0 0 ЗИ 1 40 обмо 9 и 3 седьмая - из напряжений 0 +У =61, +й 2 +11,=711, обмоток 21 и 22, десятая из напряжений Б +Ц +0 э =60, +0,+ЭЦ =1 О 11, обмоток 20, 9 и 30 и т,п, (диаграммы 011 в 1 028 р 0291 027 на Фиг, 5), Включение в работу (задействование) вспомогательного трансформатора 7 либо одновременно двух трансформаторов б и 7 позволяет сформировать недостающие ступеньки: соответственно 2-, 5-, 8-, 11-, 14- и 17-ю либо 3-, 6-, 9-, 12-, 15- и 18-ю.Алгоритм работы модификации преобразователя по фиг. 3 отличается большим числом ксммутаций и приведен на фиг, 6 только для четверти периода выходного напряжения, Вместе с тем, принцип Формирования многоступенчатой кривой выходного напряжения сохраняется прежним. Предложенное .соотношение чисел витков обеспечивает следующие напряжения соответствующих секций вторичных обмоток: Б, трансформаторы 6, 7 и 32 выполняют, как и в предыдущих схемах Функции вопьтодобавочных трансформаторов. Причем в формировании ступенек с номерами (4+1), где 1=0, 1, 2), вспомогательные трансформаторы неучаствуют, в формировании ступенек с номерами (4 д+2) участвует вспомогательный трансформатор 32, в формировании ступенек с номерами (4 д+3) одновременно вспомогательные тран сформаторы 7 и 32, в формировании ступенек с номерами (4 д+4) - все вспомогательные трансформаторы 6, 7 и 32,10Формула изобретения1, Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы, содержащий инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке основного трансформатора, вспомогательные трансформаторы, первичные обмотки которых через коммутирующий узел связаны с дополнительной обмот кой основного трансформатора, выходную цепь, образованную вторичными обмотками трансформаторов, соединенными между собой через основные управляемые ключи переменного тока, а также блок управления, причем коммутирующий узел выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных вспомогательных управляемых ключей переменного тока, количество ключей в цепочке равно числу трансформаторов преобразователя, дополнительная обмотка основного трансформатора подключена к концам указанной цепочки ключей, первичные обмотки вспомога тельных трансформаторов первыми концами соединены с одним концом цепочки ключей, а вторыми концами подключены к соответствующим точкам соединения ключей указанной цепочки, вто ричная обмотка основного трансформатора разделена на секции промежуточными отводами, вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов, соединенные между собой согласно-после довательно, образуют вспомогательную вторичную обмотку, разделенную на две полуобмотки, каждая из полуобмоток состоит из одноименных вторичных обмоток вспомогательных трансформа торов, а точка соединения полуобмоток подключена к первому выходному выводу преобразователя, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения и улучшения качества вы ходного напряжения, разноименные концы вторичной обмотки основного трансформатора и вспомогательной вторичной обмотки соединены между собой через соответствующие основные ключи переменного тока, а промежуточные отводы вторичнбй обмотки основного трансформатора соединены через дополнительно введенные основные ключи переменного тока с вторым выходным выводом преобразователя, причем соотношение чисел витков во вторичных обмотках соответствующих вспомогательных трансформаторов, чисел витков в крайних секциях и чисел витков в секциях, заключенных между промежуточными отводами вторичной обмотки основного трансформатора, выбрано равным К.:1:М где К - от 1 ношение числа витков первичной обмотки соответствующего х-го вспомогательного трансформатора к чиСлу витков дополнительной обмотки основного трансформатора, М - количество трансформаторов в преобразователе,2, Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что каждая крайняя секция вторичной обмотки основного трансформатора снабжена Мдополнительными отводами, соединенными с соответствующими концами вспомогательной вторичной обмотки через введенные дополнительные управляемые ключи переменного тока, количество промежуточных отводов вторичной обмотки основного трансформатора равно количеству Б трансформаторов преобразователя, а количество Мдополнительных отводов в каждой из крайних секций укаэанной обмотки выбрано из соотношеИния М = - при И четном либо29Х +1М = -= при Н нечетном причем со 21отношение чисел витков во вторичныхобмотках соответствующих вспомога-,тельных трансформаторов, чисел витков в обмотках, заключенных междудополнительными отводами, а такжедополнительными отводами и концамивторичной обмотки основного трансформатора, чисел витков в обмотках,заключенных между соседними дополнительными и промежуточными отводами, и чисел витков в секциях, эаключенных между промежуточными отводами, вторичной обмотки основноготрансформатора выбрано соответственно равным КИ:1:МЫ, 1302404Подписное ж бб 1ного Т те Производственно-пол жгород, ул. Проектная,рафическое предприятие каз 1222/54 ВНИИПИ Госу по дел 113035, Москвстве изоб Жмитета СССРи открытийая наб д,