Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое квазисинусоидальное

(088.8)видетельство СССР02 М 7/48, 1985,детельство СССР02 М 7/537, 1980. ОГО НАВА 311 СИек ля менное чато о н ежность исключи ситуапр Р ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится ктехнике, точнее к преобразовапостоянного напряжения в перес кваэисинусоидальной или стусинусоидальной формой выходнопряжения. Цель - повысить надработы преобразователя, т.е.возможность сбоев и аварийныхций в работе преобразователя скачкообразном изменении напряжения 1 на выходе преобразователя. Для этого в преобразователь введены блок 1 фор" мирования программных сигналов, имеющий выход кода программной синусоиды, выход тактовььх импульсов, выход нулевого сигнала, выход управления полярностью, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3 сравнения кодов, имеющий для кодовых входа, выход приоритета числа на первом входе, выход приоритета числа на втором входе, две схема 4 н 5 совпадения, М блоков 7-9 управления ячейками. При появлении сигнала об отклонении выходного напряжения от программного значения на соответствующий вход (суммирующий или вычитающий) реверсивного счетчика 6 поступают тактовые импульсы и выходное напряжение изменяется дискретно до тех пор, пока рассогласование не будет ликвидировано. 9 ил., 1 табл.Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в переменное с квазисинусоидальной илиступенчато-сицусоидальной формой, иможет быть использовано в установкахгарантированного питания потребителей переменного тока, системах автономного электроснабжения, высокоточном электроприводе,Цель изобретения - повышение надежности работы преобразователя постоянного напряжения в квазисинусоидальное,15На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя с тремясиловыми ячейками; на фиг2 - функциональная схема блока формированияпрограммных сигналов; на фиг. 3 и 4блоки управления силовыми ячейками;на фиг, 5-6 - функциональные схемысиловых ячеек; на фиг. 7 - силоваячасть преобразователя, состоящая иэтрех силовых ячеек; ца фиг. 8 - табли ца переключений ключей, на фиг. 9временные диаграммы работы ключей.В состав преобразователя (фиг. 1)входят блок 1 формирования программных сигналов, аналого-цифровойпреобразователь 2, блок 3 сравнениякодов, две двухвходовые схемы 4 и 5совпадения, реверсивный счетчик 6,блоки 7-9 управления ячейками, силовые преобразовательные ячейки 10-12,а также источник 13 постоянного тока. 35Блок 1 формирования программныхсигналов имеет выход кода программной синусоиды, выход тактовыхимпульсов, выход нулевого сигнала,выход управления полярностью, аналого-цифровой преобразователь 2 входом подключен к выходу преобразователя, блок 3 сравнения кодов первым кодовым входом подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя 2, 45вторым кодовым входом подключен квыходу кода программной синусоидыблока 1, выходом приоритета числа напервом входе подключен к первому вхотду первой схемы 4 совпадения, выход котоОрой подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика б,выходом приоритетачисла на втором входе - к первому входувторой схемы 5 совпадения, выход которой и, дклк 1 чен к суммирующему входуреверсивного счетчика 6, блоки 7-9управленц ячейками первыми входами(Р) пОл 1 Рчгц к выходу уГРанлецияполлрц гк блока 1 вторымц цх,1 дями(К) подключены к соответствующимразрядам кодового выхода реверсивного счетчика 6, а выходами, число которых равно числу ключей в силовыхячейках 10-12, подключены к управляющим входам соответствующих ключейсиловых ячеек 10-12, выход тактовыхимпульсов блока 1 подключен к вторымвходам схем 4 и 5 совпадения, выходнулевого сигнала блока 1 подключенк обнуляющему входу (К) реверсивного счетчика 6, силовые ячейки 10-12силовыми входами подсоединяются кисточнику 13 постоянного тока, а ихсиловые выходы соединены последовательно и образуют выход преобразователя в целом,Преобразователь работает следующим образом.На выходе кода программной синусоиды блока 1 (фиг. 1) формируетсякод х, значение которого в каждый момент времени пропорционально мгновенному значению программной ступенчатоаппроксимированной синусоиды, Код хнепрерывно поступает на второй входблока 3 сравнения кодов на первыйвход которого непрерывно поступаетс выхода АЦП 2 код у, значение которого в каждый момент времени пропорционально мгновенному значению напряжения на выходе преобразователя.Коды х и у непрерывно сравниваютв блоке 3 сравнения кодов. Если х ) у,т.енапряжение на выходе преобразователя меньше программного значения,то с выхода приоритета числа на втором входе блока 3 сравнения кодовразрешающий сигнал (х ) у, на фиг. 1)поступает на первый вход второйсхемы 5 совпадения, при этом тактовыеимпульсы с выхода тактовых импульсовблока 1 начинают поступать на суммирующий вход реверсивного счетчика 6.В реверсивном счетчике 6 начинаетсясуммирование тактовых импульсов,значение кода на выходе реверсивного счетчика 6 возрастает, в блоках7-9 управлениях ячейками формируются цепи включения и выключения соответствующих ключей силовых ячеек10-12, напряжение ца выходе преобразователя возрастает пропорциональновозрастающему коду ца выходе реверсивного счетчика 6 до тех пор, покане достигнет программцого значения,т,е, пока не стацт х=-у.Если в какой-то и м.цт временинапряжение на ц. :;. црбразователя1415380 синусоиде. Разряд (М+1)-и выходного кода ПЗУ 17 образует выход управления полярностью. В этом разряде записан код управления полярностью выходного напряжения - силовых ячеек,Выход переполнения (+Р) счетчика 6 образует выход нулевого сигнала.Объем счетчика 16 8 = 2 , где Я -К число разрядов выходного кода счетчика 16, должен быть равен или не превышать число адресов ПЗУ 17.В таблице приведены номера адресов ПЗУ 17 и значения записанных в эти адреса значений кодов при условии, что в качестве ПЗУ 17 выбрано ПЗУ объемом 256"4, что удовлетворяет рассматриваемой схеме с тремя силовыми ячейками (М = 3). НомераадресовПЗУ (входПЗУ) 0 О 1 0 О 1 1 О 1 0-2 3-8 9-14 15-20 О 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 О больше программного значения, т.е. у ) х, тогда разрешающий сигнал с выхода приориета числа на первом входе блока 3 сравнения кодов поступает на первый вход первой схемы 4 совпадения, при этом тактовые импульсы с выхода блока 1 начинают поступать на вычитающий вход реверсивного счетчика 6, происходит уменьшение кода на выходе реверсивного счетчика 6 и пропорционально ему напряжения на выходе преобразователя до тех пор, пока не будет х=у.Таким образом, выходное напряжение постоянно догоняет программное значение. При этом выполняются задачи формирования требуемой формы выходного напряжения и стабилизации его величины (действующего значения).Для устранения каких-либо непредвиденных процессов в работе по окончании каждого периода программной синусоиды с выхода нулевого сигнала блока 1 сигнал нулевого значения про граммной синусоиды поступает на обнуляющий вход (К) реверсивного счетчика 6 и переводит его в состояние 0-0.На фиг, 2 приведена функциональная схема блока 1 формирования программных сигналов, В состав блока 1 формирования программных сигналов входят: задающий генератор 14, выход которого является выходом тактовых импульсов и через делитель 15 частоты подключен к счетному входу счетчика 16, кодо 35 вый выход которого подключен к адресному входу программируемого запоминающего устройства 17 (ПЗУ), причем ПЗУ 17 имеет не менее М+1 разрядов40 выходного кода, где М - число силовых ячеек преобразователя и число разрядов управляющего кода на выходе реверсивного счетчика 6.Блок 1 работает следующим образом.В исходном состоянии счетчик 1645 обнулен. С выхода задающего генератора 14 тактовые импульсы с частотой Гг поступают на выход тактовых импульсов блока 1 и на вход делителя 15 частоты, с выхода которого тактовые импульсы с частотой Г = ГВЮ, где 18 - коэффициент деления, поступают на счетный вход счетчика 16.Первые М разрядов выходного кода ПЗУ 17 образуют выход кода програм мной синусоиды. В этих разрядах записывается код, соответствующий программной ступенчато-аппроксимируемой 21-27 28-36 37-48 49-78 79-90 91-99 100-106 106-112 113-118 119-124 125-127 128-130 131 - 136 Значение разрядов кода (выход ПЗУ) Х 1 Х 2 ХЗ лярность) 1 1 1 1 1 1 1 4 О 1 0 1 О 1 0 1 0 О0 0НомераадресовПЗУ (входПЗУ) Х 7 полярность) хг Х 1 1 0 О 1 О 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 При этом счетчик 16 имеет объем Б = 2 = 256, т.е. К = 8.Вариант блока управления ячейкой (фиг. 3) приведен для случая, когда силовая ячейка выполнена по схеме однофазного мостового инвертора на транзисторах с обратными диодами и трансформаторным выходом. Блок состоит иэ двух двухвходовых элементов И 18- 19, оДного элемента ИЛИ 20 и одного элемента НЕ 1, имеет два входа К и Р и четыре выхода, на которых реализуются логические функции: Г 1 = 1 Р; Г=Р,РР Е = РВариант блока управления ячейкой (фиг, 4) приведен для случая, когда силовая ячейка выполнена по схеме с шунтированием первичной обмотки трансформатора. Блок имеет цва входа К и Р и три выхода, на которых реалиеуютсл логические функции Р, = КР; Р 2 = к Р Ез = (к Р)(кР) Приведенный пример блока состоит из элемента НЕ 22, двух двухвходовыхЮЗначение разрядов кода (выход ПЗУ)15380 Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности выполнения преобразователем его главной функции - обеспечения потребителей электрической энергией переменного тока требуемого нила и качества. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 6элементов И 23-24, двухвходового элемента И-НЕ 25. Силовая ячейка (фиг. 5), вь,полнеч на по мостовой схеме и включает выходной трансформатор 26, обратные диоды 27-30, транзисторные ключи 31-34.Функции управления транзисторными ключами: для транзисторного ключа 31 Г= 1 р, для транзисторного ключа 32 Г а = К Р, для транзисторного ключа 33 Е = Р, для транзисторного ключа 34 Гз = Р.Силовая ячейка с устройством шунтирования первичной обмотки трансформатора (фиг. 6) включает выходной трансформатор 35 со средней точкой в первичной обмотке, два транзисторных ключа 36-37, формирующих выходное напряжение, транзисторный ключ 38 диоды 39-42, образующие элемент 43 шунтирования первичной обмотки трансформатора. Функции управления ключами: транзисторного ключа 36 Г = Е р, транзисторного ключа 37 Г= 1 р, транзисторного ключа 38 элемента 43 шунтирования первичной обмотки трансформатора Г З =Силовая часть преобразователя (фиг. 7) состоит из трех силовых ячеек, включенных параллельно по входу (по цепи питания) и последовательно - по выходной цепи. В состав силовой части преобразования входят силовые ключи 44-55, причем ключи 44-47 вхо" дят в первую силовую ячейку, ключи 48-51 - во вторую, ключи 52-55 - в третью, выходные трансформаторы 56- 58, причем трансформатор 56 входит в первую ячейку, трансформатор 57 - во вторую, трансформатор 58 - в третью; обратные диоды 59-70, причем диоды 59-62 входят в первую ячейку, диоды 63-66 - во вторую, диоды 67- 70 - в третью.На фиг. 8 изображена таблица переключений ключей 44-55, а на фиг. 9 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя (фиг. 7) и принцип формирования вьглодного напряжения.1415380Предлагаемое изобретение позволя- с ет повысить надежность работы преоб- с разователя, надежность обеспечения Р электроэнергией переменного тока за- с данного качества потребителей, под р ключенных к выходу преобразователя, ч А требование бесперебойности электро- к снабжения является одним из основных ж требований в электроприводе в систе- с10 мах автономного электроснабжения от- в ветственных потребителей. Ф формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в мгогоступенчатое квазисинусоидальное, содержащий ш параллельно соединенных силовых трансформаторных ячеек, каждая из которых представляет собой однофазный инвертор с трансформаторным выходом, реверсивный счетчик в качестве формирователя управляющего кода, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения надежности работы, введены блок формирования программных сигналов, имеющий выход кода программного синусоидального напряжения, выход тактовых импульсов, выход сигнала, соответствующего концу полупериода синусоидального напряжения, выход сигнала управления полярносгью, аналого-цифровой преобразователь, входом подключенный к выходу преобразователя, блок сравнения кодов, первым входом подключенный к выходу аналогоцифрового преобразователя, вторым входом - к выходу кода программного синусоидального напряжения блока формирования программных сигналов выход приоритета числа на первом входе блока сравнения кодов подключен к первому входу первого блока совпадения, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, выход приоритета числа на втором входе блока сравнения кодов подключен к первому входу второго блока совпадения, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, вторые входы блоков совпадения соединены с выходом тактовых импульсов блока формирования программных сигналов, ш блоков управления силовыми трансформаторными ячейками, первые входы которых подключены к выходу сигнала управления полярностью блока формирования программных сигналов, вторые входы - к оответствующим кодовым выходам реверивного счетчика, выходы, число котоых равно числу ключей в силовой травФорматорной ячейке, подключены к упавляющим входам соответствующих клюей, выход сигнала, соответствующегоонцу периода синусоидального напряения блока формирования программныхигналов, подключен к обнуляющемуходу реверсивного счетчика, блокормирования программных сигналов выполнен в виде задающего генератора,выход которого является выходом тактовых импульсов блока и через делитель15частоты подключен к счетному входусчетчика блока формирования программных сигналов, кодовый выход которого подключен к адресному входу программируемого запоминающего устрой 20ства, имеющего не менее ш+1 разрядоввыходного кода, причем в ш разрядах,образующих выход кода программногосинусоидального напряжения блокаформирования программных сигналов,25записаны значения программного кода,соответствующего мгновенным значениям ступенчато-аппроксимированногосинусоидального напряжения, а в(ш+1)-м разряде, образующем выходблока Формирования программных сигналов, записан сигнал управления полярностью выходного напряжения силовых трансформаторных ячеек, выход пе-.реполнения счетчика блока формирова 35 ния программных сигналов образуетвыход сигнала, соответствующего концу периода синусоидального напряжения блока формирования программныхсигналов, для силовых трансформатор 40 ных ячеек, выполненных с шунтированием первичных обмоток или в видеоднофазного мостового инвертора наполностью управляемых ключах с обратными диодами, блоки управления име 45 ют два входа и три выхода, сигналына которых Формируются в соответствиисо следующими логическими функциями:1= 1 с р,Г=1 ср,50 Г = (1 с р) (ср) = 1 с,где р - сигнал на выходе сигнала управления полярностью блокаформирования программныхсигналов;55 К - сигнал на соответствующемвыходе реверсивного счетчика,причем первые выходы блоков управления подключены к управляющим входамключей, формирующих полуволну однойполярности выходного напряжения, вторые - к управляющим входам ключей, формирующих полуволну другой полярности, третьи - к управляющим входам блоков шунтирования первичных обмоток трансформаторов, или два входа и четыре выхода, сигналы на которых формируются в соответствии со следующими логическими функциями, 101 рф,=ср;Р = р;Р где р - сигнал на выходе сигнала управления полярностью блока формирования программных сигналов; сигнал на соответствующем выходе реверсивного счетчика,причем первый и второй выходы каждого блока управления соединены с управляющими входами ключей анодной группы, а третий и четвертый выходы - с управляющими входами ключей катодной группы..7 "я/игюю ю 1 в юдп чцнавпиогалгггюггвгвггдгвл аааагюааааааааааааааааааа аааааааааааааааааагааа а а Р а а а а а а а а а а а 7 1 1 1 1 1 1 ( 1 / 1 ( Р (г(гг(ггааааааааааааааа автюавааааааааааааааааааа аааааааааааваааагаакааг ааааааааааааааг/11111 аааааааааааааа 1111 // а а га авава аааааааоаваа аааиааааааа 1 а уа (ау а/аа 1 аааааааааааааг( гтгггавааваааааааа1415380 1 и ФФ 1 у ФЮ ьФв 1 Ф 7 Ф вфвв с и уф д(Х 7 Рив тавитель А.Меркулоред А.Кравчук рректор актор С.Патруше шетн Поппнгно Тираж ЬЬ 5 ИИПИ Гссупдрственно п делам изобретен 5, Москп;., Ж, Ра Заказ 3882/5 комитета ССи открытий ая наб. Произвопствсцнс - п пигрпфичс гкс е предприятие, г, Ужгорг и, уп, Про