Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19 1)4 Н 02 М 7/48 с ИС Е ИЗОБРЕТЕНИЯ СКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР 21) 4248442/24-07(71) Московский энергетический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ У 1 ТРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯВ КВАЗНСИНУСОИДАЛЬНОЕ ПЕРЕЮННОЕ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может бытьиспользовано для построения источников вторичного электропитания (ИВЭП)устройств электроавтоматики и электроприводов переменного тока. Цельизобретения - обеспечение регулирования величины выходного напряжения.Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатойформы содержит Ь инверторньа ячеек с3 151833 гальванически развязанными и последовательно соединенными выходами, Выходные напряжения инверторных ячеек имеют паузы о/3 между полуволна 5 ми и последовательно сдвинуты между собой на фазовый угол 1/ЗЬ. Результирующее выходное напряжение преобразователя при этом имеет Ь-ступенчатую форму (Ь - число ступеней на 10 четверти периода частоты этого напряжения). Блок управления содержит задающий генератор 7, подключенный к распределителю 8 импульсов, делителю 9 частоты, распределителю 1 О им пульсов, делителю 11 частоты и фазосдвигающему узлу 12. Выходы распределителей 8, 10, 13 подключены к логическим узлам 15,1-15,6, Блок управления обеспечивает паузы междуполуволнами в выходном напряжениикаждой инверторной ячейки, равныеЯ/3+Ы а также паузы Ы в серединекаждой полуволны этих напряжений(К - угол регулирования). Регулировочная характеристика при этом получается линейной, а качество выходного напряжения преобразователя остается высоким в широком диапазоне измепения этого напряжения, 2 з,п.ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для построения вторичных источников питания устройств электроавтоматики и электроприводов переменного тока малой мощпости (до единиц кВЛ), работающих как на переменную, так и на постоянную нагрузку, в тех случаях, когда требуется согласование уровней напряжений питающей сети и потребителя, повышенное качество преобразованной электрической энергии и приемлемые массогабаритные показатели вторичного источника,Цель изобретения - обеспечение регулирования величины выходного напряжения.На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие формирование выходного напряжения предлагаемого преобразователя (а), и структурная схема его силовой части (б); на фиг, 2 - обобщенная структурная схема блока управления предлагаемого преобразователя (а), структурная схема одного из вариантов выполнения силовой части преобразователя с промежуточным высокочастотным преобразованием (б), зависимости величины первой гармоники выходного напряжения преобразователя ц и коэффици 2 Е 1ента гармоник выходного напряжения К(ц) от длительности регулировочной паузы Ы(в); на фиг. 3 - структурная схема блока управления преобразователя с Ь=б; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие форми 25 30 35 40 45 50 55 рованпе сигналов управления ключами инверторных ячеек и выходных напряжений инверторных ячеек.Устройство (фиг, 1 б) содержит Ь одпофазных мостовых инверторных ячеек 1,1 - 1,Ь с гальванически развязанными с соединенными последовательно выходами. Ключи 2-5 каждой инверторной ячейки образуют ее первую (ключи 2 и 3) и вторую (ключи 4 и 5) стойки.Блок 6 управления (фиг. 2 а) ключами инверторных ячеек 1,1-1,Ь содержит задающий генератор 7, выходом подключенный к первому входу основного 2 Ь-канального распределителя 8 импульсов, к входу основного делителя 9 частоты, к первому входу первого дополнительного Ь-канального распределителя 10 импульсов, к входам первого дополнительного делителя 11 частоты и фазосдвигающего узла 12, Выход основного делителя 9 частоты подключен к второму входу основного распределителя 8 импульсов, выход первого дополнительного делителя 11 частоты - к второму входу первого дополнительного распределителя 10 импульсов, а выход фазосдвигающего узла 12 - к первому входу второго дополнительного распределителя 13 импульсов и к входу второго дополнительного делителя 14 частоты, выходом подключенного к второму входу распределителя 13 импульсовКаждый из распределителей 8, 1 О и 13 импульсов может бить выполнен по схемерегистра сдвига на последовательно5 151183соединенных триггерах 1 К- или П-типас объединенными счетными входами(кроме первого триггера),При этомсчетный вход первого триггера образует второй вход распределителя им 5пульсов, первый вход которого образован счетными входами остальныхтриггеров. Парафазные выходы каждого из каналов распределителей 8, 10и 13 импульсов подключены к соответствующим входам логических узлов,выходы которых связаны с управляющими входами К-х ключей инверторныхячеек 1,1-1.Е. Каждый из логических 15узлов 15,1-15,Е выполнен на двух логических элементах 2 И 16 и 17, двухлогических элементах ЗИ 18 и 19, двухлогических элементах НЕ 20 и 21 иодном логическом элементе 2 ИЛИ 22, 20Конструктивное выполнение 1.-го логического узла (из числа указанных 1,узлов 15.1-15,1.) и его связи с распределителями 8, 10 и 13 и с ключами 2-5 д-й инверторной ячейки (из чиела 1. инверторных ячеек 1,1 - 1.1.),где =1-1 определяются следующимилогическими выраженияМи:У, =У;1и, 30) ,п,где , -(/определяются логическимифвыражениями (1);,-1 - сигналы управления ключа 2ми 2-5 инверторной ячейки1Основной 9 и дополнительные 11 и14 делители частоты выполняют с коэффициентами деления соответственно31, и 1,/и.Инверторные ячейки в предлагаемомпреобразователе имеют гальваническиразвязанные выходы, В схеме, изображенной на Фиг. 1 б, гальваническуюразвязку осуществляют путем выполнения инверторных ячеек с трансформаторным выходом, При этом выходныетрансформаторные ячейки работают навыходной частоте преобразователя ив случаях, когда необходимо получитьна выходе низкую частоту (десяткиГц), имеют большие габариты и мас"су. Поэтому в области низких выходныхчастот гальваническую развязку выходов указанных инверторных ячеек целесообразно осуществлять путемобеспечения питания последних от 1 6гальванически развязанных источников постоянного напряжения. Примерреализации такого преобразователяизображен на Фиг, 2 б, Гальваническнразвязанными источниками питания мостовых инверторных ячеек служат преобразователи постоянного напряженияв постоянное другого уровня, выполненные по схеме с нулевой точкой иработающие на промежуточной высокойчастоте. Транзисторы, включенные навторичной стороне параллельно выпрямительным диодам, обеспечивают протекание реактивного тока нагрузки.Управление транзисторами для упрощения реализации может осуществляться без слежения за током в цепи питания выходных инверторов путем непосредственного использования сигналов промежуточной высокой частоты1 кЧ Р 8 М ф 4 пВЧВ предлагаемом преобразователевход основного делителя 9 частотыможет быть подключен не к выходу задающего генератора 7, а к выходу первого дополнительного делителя 11 частоты. Коэффициент деления основногоделителя 9 частоты при этом выбирают равным Зп, Структурная схема блока управления варианта преобразователя для этого случая приведена нафиг, 3.Принцип работы предлагаемого преобразователя для Е=6 поясняется временными диаграммами на фиг. 1 а и 4,где приняты следующие обозначения:ц -цф - напряжения на выходах инверторных ячеек 1,1-1,6; ц , цкривые выходного квазисинусоидального напряжения преобразователя соответственно при К" =0 и=1/6; ц - сигнал на выходе задающего генератора 7.Рассмотрим работу предлагаемогопреобразователя,Задающим генератором 7 (фиг. 3) формируют последовательность тактовых импульсов частоты 6 Ы =362 (ц г на Фиг. 4), где й - частота выходного напряжения преобразователя. С вы" хода задающего генератора импульсы поступают на первые входы основного 8 и первого дополнительного 10 распределителей импульсов и на входы основного делителя 9 частоты, первого дополнительного делителя 11 часто" ты и фазосдвигающего узла 12С выхода основного делителя частоты 21(результирующий коэффициент делителей 9 и 11 равен ЗЬ=18) поступают навторой вход распределителя 8 импульсов, на выходах которого формируют2 Ь=12 пар парафазных сигналов прямоугольной формы частоты 1сдвинутыхдруг относительно друга на один период тактовой частоты, что составляет Ф/ЗЕ=918 (период выходного напряжения равен 2 Я), На второй вход распределителя 10 импульсов поступают импульсы частоты бпла с выхода делителя 11 частоты, при этом на выходахуказанного распределителя формируютЬ=б пар парафазных сигналов прямоугольной формы частоты Зпй , сдвинутых друг относительно друга на Т/31,==/18. С выхода фазосдвигающего узла12 импульсы частоты 6 ЬГ =362 сдви 2нутые относительно тактовых импульсов на регулируемый по длительности интервал о поступают на первый входраспределителя 13 импульсов и на вход делителя 14 частоты, с выхода которого импульсы частоты бпла поступают на второй вход распределителя 13, Навыходах указанного распределителя формируют Е=б пар парафазных прямоугольных сигналов частоты ЗпГ , сдвинутых по отношению друг к другу на Ф/ЗЬ=1/18. Сигналы с выходов распределителей 8, 10 и 13 поступают на соответствующие входь 1 логических узлов 15.1-15.6 в которых осуществляют формирование сигналов управления ключами инверторных ячеек в соответствии с формулами (1). На временных диаграммах, приведенных на фиг, 4, изображены сигналы управления ключами только для инверторных ячеек 1,1 и 1.2, а а сигналы управления ключами остальных инверторных ячеек име." ют такую же форму, при этом системы сигналов управления сдвинуты друг относительно друга на о /ЗЬ=ю/13. Переключение ключей инверторных ячеекв соответствии с поступающими на их управляющие входы сигналами управления обеспечивает формирование на выходах инверторных ячеек напряяений ц -ц" (фиг. 1 а), последовательно сдвинутых на/ЗЬ=Т/18. Суммированием этих напряжений в общем контуре, образованном последовательно соединенными выходами инверторных ячеек, получают выходные квазисинусоидальные напряжения ц, и ц (при х,=0 и о = =1/б соответственно фиг. 1 а). Регулирование выходного напряжения в преобразователе осуществляется наиболее эффективным с точки зрения искажений методом частичного широтно- импульсного регулирования: в процессе регулирования глубокие провалы напряжения до нуля появляются лишь в области минимальных значений напряжения, причем тем позже, чем больше число ячеек 1. (фиг, 2 в). Из графиков ц 2,=Г(ог ) и К(ц)=Е( ) на фиг. 2 в видно, что при 1.=6 например, в диапазоне регулирования величины основной гармоники 1,06-0,5=цискажения не превышают 253,Изобретение позволяет расширить область применения устройства благодаря расширению его функциональных возможностей. Кроме того, выполнение устройства без регулируемых источников питания (за счет регулирования напряжения по определенному ал-. горитму непосредственно в инверторных ячейках) позволяет существенно снизить (примерно на 1 ОЖ) результирующие потери в устройстве и соответственно улучшить массогабаритные показатели.Возможность 1 ООЕ-ного регулирования выходного напряжения позволяет без дополнительных средств по силовой цепи обеспечить защиту преобразователя от перегрузок по току. Формула изобретения 1. Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное, включающим Ь мостовых инверторных ячеек с гальванически развязанными и соединенными последовательно выходами, причем ключи каждой инверторной ячейки образуют ее первую и вторую стойки, одним своим концом подключенные к первой шине питания.преобразователя, а другим концом - к второй шине, содержащее задающий генератор, выходом связанный с входом основного делителя частоты, основной 2 Е.-канальный распределитель импульсов с парафазными выходами Р РР РР Р 2 в каждом канале, входами связайный с выходами задающего генератора и основного делителя и обеспечивающий формирование напряжения на выходах этих ячеек спаузой /3 между полуволнами н последовательный фазовый сдвиг на угол 7/ЗЬ между полуволнами и последовательный фазовый сдвиг на угол фй/ЗЬ между напряжениями ячеек, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения регулирования величины выходного напряжения, оно снабжено широкодиапазонным фазосдвигающим узлом, двумя дополнительными делителями частоты на Ь/и, где и " число импульсов на интервале й /3 выходного напряжения, двумя дополнительными Ь-канальными распределителями импульсов с парафазными выходами ш т,ш;д .,ш 1,1111 ф 1 ф1 ф 1 в каждом канале соответственно, а также аналогично выполненными логическими узлами, соединенными входами с соответствующими выходами соответствующих распределителей, а выходами предназначенными для соединения с управляющими входами соответствующей ключей соответствующих инверторных ячеек, причем входы первого дополнительного распределителя соединены с выходом задающего генератора непосредственно и через первый дополнительный делитель частоты, входы второго дополнительного распределителя подключены к выходу широкодиапазонного фазосдвигающего узла непосредственно и через второй дополнительный делитель частоты, вход фазосдвигающего узла соединен с выходом задающего генератора, а -й логический узел из числа Ь указанных узлов, его связи с распределителями импульсов н с ключами1-й инверторной ячейки определяютсяследующими логическими выражениями:15 ,=Р; Р; (т;1; +т;1;) - для ключа первой стойки,подключенного кпервой шине пи Отания 1(1; е у. - для ключа первой стойки,подключенного квторой шине пи п --1,=Р Р (ш;1;+ш;1;) - для ключа вто 1рой стойки,подключенного кпервой шине питания,- для ключа второй стойки,подключенного квторой шине пи 25 тания,где 1=1-Ь,2. Устройство по п. 1, о т л нч а ю щ е е с я тем, что,при непосредственной связи основного делителя частоты с выходом задающего генератора, он выполнен с коэффициентом деления, равным ЗЬ.3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, вход основного делителя частоты связан с выходом задающего генератора через первый дополнительный делитель частоты и выполнен с козффициентом деления, равным Зп.1511833 Составитель О.Пехред М.Дидык енова Корректор С Редак и КНТ СС зводственно-издательский комбинат "Патент агарина, 10 Ужгород Заказ 5910/56 Тираж 648 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5