Преобразователь -фазного напря-жения b однофазное

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик,ФЪ К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ. по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения а . "ч-,Киевский ордена Ленина политехнический инстит тим. 50-летия Великой Октябрьской социалистиче кой у.революции(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ тп-ФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ОДНОФАЗНОЕ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для построения нреобразовательных установок различного рода энергосистем (например автонОмных сис. тем электроснабжения) с высоким качеством выходной энергии и улучшенными динамическими характеристиками.Известны преобразователи а-фазного напряжения в однофазное, в состав которых входят амплитудно-ющульсные модуляторы на ключах с двухсторонней проводимостью, а также система управления, обеспечивающая заданный алгоритм переключения ключей амплитудно- импульсных модуляторов 11, 2,31 41, и 5 .Недостатком преобразователей, спи" санных в 11, 21 и 3 является присутствие широкого спектра высших гар моник в выходном напряжении, что ухудшает качества выходной энергии преобразователей.В преобразователе щ-Фаэного напря 25; жения в однофазное, описанном в (4), реализован многоканальный принцип Фор- мирования управляющих импульсов, посту пающих на ключи амплитудно-импульсных модуляторов 41. 30 Недостатком такого преобразователя является низкое качество выходного напряжения за счет наличия в нем низкочастотной модуляции. Низкочастотная модуляция выходного напряжения преобразователя возникает из-эа не- симметрии импульсов управления хотя бы в одном из каналов формирования управляющих импульсов по отношению.к другим каналам. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь щ-фазного напряжения в однофазное, содержащий аК аь- плитудно-импульсных модуляторов, выполненных по схеме однофазного инвертора в виде двух стоек силовых ключей с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансФорматоры,-последовательно соединенные выходные об-. мотки которых образуют Общий выход преобразователя, а также систему управления, содержащую: источник управляющего напряжения, задающий генератор, подключенный через основной делитель частоты к основному вК-канальному распределителю импульсов, выходы которого через первый комплект из вК усилителей мощности связаны с входами силовых ключей первых из укаэанных стоек, а также связанный с задающим генератором дополнительный блок1 управления, содержащий дополнительныйделитель частоты, подключенный к тактовому входу дополнительного вК-каналь 5ного распределителя импульсов, выходы которого через второй комплект извК усилителей мощности связаны свходами силовых ключей вторых из указанных стоек и, кроме того канал фор Омирования управляющих импульсов, вхо 1 ми подключенный к парафазным выходам основного аК-канального распреде лителя импульсов и выполненный в виде соединенных последовательно схемывыделения управляющих импульсов,.управляемого генератора пилообразногонапряжения, схемы сравнения, однимиз входов подключенной к источникууправляющего напряжения, схемы ИЛИ,схемы синхронизации, управляющими 20входами связанной с парафазными выходами основного щК-канального распределителя импульсов, а выходами с управляющими входами дополнительногоаК-канального распределителя импульсов, и схемы выделения установочныхимпульсов, выходом подключенной кустановочному входу дополнительногоделителя частоты, а двумя входамиодним непосредственно, а вторым через один из входов схемы ИЛИ связанной с выходом схемы сравнения, причем второй вход схемы ИЛИ подключенк выходу схемы выделения управляющих импульсов, а выход - к входу35схемы синхронизации 51,Недостатком известного преобразователя щ-Фазного напряжения в однофазное является низкие динамические характеристики при.отработке пре.образователем возмущающих воздействий 1 Ов виде того, что отработка возмущающих воздействий осуществляется лишьодин раз за период следования выходного напряжения. В данном преобразователе реализован одноканальныйпринцип Формирования управляющих импульсов, поступающих на ключи амплитудно-импульсных модуляторов, прикотором на одни стойки силовых ключей поступает последовательность импульсов, сдвинутых друг относительнодруга на фиксированный фазовый угол,а на другие - последовательность имльсов, аналогичная первой, однакосдвинутая по отношению к первой нафазовый угол, определяемый моментомвремени равенства выходных напряже ний генератора пилообразного напряжения и источника управляющего напряжения. При этом в режиме регулированиявыходного напряжения преобразователя 60или в режиме его стабилизации возникает некоторое запаздывание в отработке различного рода возмущений, максимальная длительность которого можетбыть равна одному периоду следования 65 выходного напряжения генератора пилообразного напряжения,Цель изобретения - улучшение динамических характеристик преобразователя путем повышения быстродействия отработки .возмущающих воздействий.Поставленная цель достигается тем,что преобразователь а-фаэного напряжения в однофазное, содержащий щК амплитудно-импульсных модуляторов, выполненных по схеме однофаэного инвертора в виде двух стоек силовых ключей с двухсторонней проводимостью инагруженных на трансформаторы, последовательно соединенные выходные обмотки которых образуют общий выходпреобразователя, а также систему управления, содержащую источник управляющего напряжения, задающий генератор, подключенный через основной делитель частоты к основному вК-канальному распределителю импульсов, выходы которого через первый комплект извК Усилителей мощности связаны свходами силовых ключей первых из укаэанных стоек, а также связанный с задающим генератором дополнительныйблок управления, содержащий дополнительный делитель частоты, подключенный к тактовому входу дополнительного щ-канального распределителя импульсов, выходы которого через в усилителей мощности второго комплекта изщК усилителей мощности связаны с входами силовых ключей а вторых их указанных стоек и, кроме того, каналФормирования управляющих импульсов,входами подключенный к парафазнымвыходам основного аК-канального распределителя импульсов и выполненныйв виде соединенных последовательносхемы выделения управляющих импульсов, управляемого генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, одним иэ входов связанной с источником управляющего напряжения, схемы ИЛИ; схемы синхронизации, управляющими входами связанной с парафаэнымивыходами основного аК-канального распределителя импульсов, а выходами суправляющими входами дополнительногощ-канального распределителя импульсов, и схемы выделения установочныхимпульсов, выходом подключенной к установочному входу дополнительного делителя частоты, а двумя входами -одним непосредственно, а вторым через один из входов схемы ИЛИ, связанной с выходом схемы сравнения,причем второй вход схемы ИЛИ подключен к выходу схемы выделения управляющих импульсов снабжен (К) дополнительными блоками управления, каждый из которых входами соединен с выходом задающего генератора, с выходом источника управляющего напряженияи соответствующим выходом основногощК-канального распределителя импульсов, а выходами через в К) усилителей мощности второго комплекта из щК усилителей мощности с входами силовых ключей щ (К) вторых из укаэанных стоек.На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого технического решения, на ФиГ. 2 - структурная схема силовой части предлагаемого технического решения при щ=З и К=1; нафиг, 3 - диаграммы, поясняющие принцип Формирования управляющих напряжений в одном из дополнительных блоков управления, на фиг. 4 - диаграммы, поясняющие принцип формирования управляющих напряжений при различных вариантах подключения блока Формирования управляющих импульсов к 5 выходам основного щК-канального распределителя импульсов. Предлагаемый преобразователь щ-Фазного напряжения в однофазное содер жит щК амплитудно-импульсных модулято. ров 1 (при щ=К=З, щК=9), выполненных по схеме однофазного инвертора 2 в виде двух стоек 3 и 4 силовых ключей 5 с двухсторонней проводимостью. 25 Входные выводыамплитудно-импульсных модуляторов 1 подключены к фазам б и нулевой нейтрали 9 входного напряжения, а выходы нагружены на трансформаторы 10, последовательно соеди- З ненные выходные обмотки которых образуют общий выход 11 и 12 преобразователя. В состав преобразователя также входит система 13 управления, содержащая источник 14 управляющего напряжения, задающий генератор 15, подключенный через основной делитель 16 частоты к основному щК-канальному распределителю 17 импульсов, выходы которого через первый комплект иэ усилителей 18 мощности связаны с 40 входами силовых ключей 5 первых иэ указанных стоек 3, второй комплект из щК усилителей 19 мощности, а также связанные с задающим генератором 15 К дополнительных блоков 20 упРав ления (на фиг, 2 при К=З показано три дополнительных блока управления), каждый из которых содержит дополнительный делитель 21 частоты, подключенный к тактовому входу 22, дополнительного щ-канального распределителя 23 импульсов, вьходы которого подключены к входам соответствующих щ усилителей мощности второго комплекта из щК усили=елей 19 мощности, Кроме того, в состав каждого из К дополнительных блоков 20 управления входит канал 24 формировайия управляющих импульсов, входами подключенный к парафаэным выходам основного щК-канального распределителя 17 импульсов, и 60 выполненный в виде соединенных последовательно схемы 25 выделения управляющих импульсов, управляемого генератора 26 пилообразного напРяжения, схемы 27 сравнения, схемы 28 ИЛИ, схе- б 5 мы 29 синхронизации, управлявщими входами 30 связанной с парафазными входами основного щК-канального распределителя 17 импульсов, а выходами с управляющими входами 31 дополнительного щ-канального распределителя 23 импульсов, и схемы 32 выделения установочных импульсов, выходом подключенной к установочному входу 33 дополнительного делителя 21 частоты, а двумя входами - одним 34 непосредственно, а вторым 35 через один из входов 36 схемы 28 ИЛИ, связанной с выходом схемысравнения, причем второй вход 37 схемы 28 ИЛЙ подключен к выходу схемы 25 выделения управляющих импульсов. Второй вход 38 схемы 27 сравнения подключен к выходу источника 14 управляющего напряжения.Рассмотрим принцип формирования управляющих напряжений на примере работы одного из дополнительных блоков управления при щ=К=З. Последовательность импульсов 39 с выхода задающего генератора 15 поступает на входы основного 16 и дополнительного 21 делителя частоты, на выходах. которых соответственно формируются импульсные напряжения 40 и 41. При этом на выхо-. дах основного щК-канального распределителя 17 импульсов (с коэффициентом деления по частоте равным, например, 18) формируются напряжения типа меандр 42-44 (показаны только три напряжения, сдвинутые друг относительно друга на угол, равный 2/3). Коэффициент деления по частоте, равный 18 выбран для получения оптимального фазового угла между К раз сдвинутыми управляющими напряжениями. Так при щК=9, этот угол равен Ж/18. С первого выхода основного щк-канального распределителя 17 импульсов напряжение 42 поступает на вход схемы 25 выделения управляющих импульсов, на выходе которой Формируются короткие импульсы напряжения 45, запускающие управляемый генератор 26 пилообразного напряжения синхронно с напряжением 42. Пилообразное напряжение 46 поступает на вход схемы 27 сравнения, на другой вход 38 которой подается управляющее напряжение 47 с выхода источника 14 управляющего напряжения, В результате сравнения напряжений 46 и 47 на выходе схемы 27 сравнения формируется последовательность импульсов 48, задний Фронт каждого иэ которых перебрасывает триггер схемы 29 синхро-. низации 29 в другое устойчивое состо-, яние. На выходе схемы 29 синхронизации вырабатывается напряжение 49 типа меандр, сдвинутое относительно напряжения 42 на угол , величина которого зависит от величины уровня управляющего напряжения, 47Одновременно с этим последовательность импульсов 48 поступает на схему 28 ИЛИ и на схему 32 выделения установочных импульсов, на выходе которой Формируются импульсы 50, совпадающие с задними Фронтами импульсов последонательости импульсов 48, Импульсы 50 служатдля принудительной установки триггеров дополнительного делителя 21 частоты в исходное состояние (в моментвремени й на диаграмме 41). Импульсное напряжение 41 поступает на входы дополнительного о-канального распределителя 23 импульсов, на выходекоторого Формируются напряжения 5153 сдвинутые друг относительно другана угол, равный 2 Ж/3, а относительнонапряжений 42-44 на угол Ф, величинакоторого зависит от величины уровня управляющего напряжения 47. Максимальное отклонение неличийы углы Фотносительно угла 9 не пренышает периода Т последовательности импульсов 39. В том случае, когда уровеньуправляющего напряжения 47 станет 20меньше уровня пилообразного напряжения 46,. схема 28 ИЛИ обеспечивает прохождение импульсов напряжения 45 дляформирования установочных импульсов50при этом Фазовый сдвиг между.напряжениями 42-44 и 51-53 будет минимальным. Напряжения 42-44 и противоФазные им поступают через .первый комплект усилителей 18 мощности на входы силовых ключей 5 первых стоек 3амплитудно-импульсных модуляторов 1,а напряжение 51-53 и противофазныеим через .второй комплект усилителей19 мощности поступают на входы силовых ключей 5 вторых стоек 4.При этом на выходах амплитудноимпульсных модуляторов 1 Формируются промодулированные напряжения, математически которые можно представить в виде перемножения фазных входных напряжений на соответствующие им 40дополнительные напряжения 54-56, сдвинутые друг относительно друга наугол 2 С/3,Аналогично происходит Формированиеуправляащих напряжений в других дополнительных блоках управления. Приэтом следует отметить два возможныхварианта синхронизации работы управляемых генераторов 26 пилообразногонапряжения. Рассмотрим,эти вариантыдля преобразователя в котором а=К=3.В первом случае три схемы 26 выделеня управляющих импульсов подключеныкусоответствующим выходам основногоеК-канального распределителя 17 импульсовФормирующего напряжения 5759 (на остальных выходах этого распределителя Формируются напряжения 6065). При этом управляемые генераторы26 пилообразного напряжения вырабатывают пилообразные напряжения 66-68 ьОсинхронно с напряжениями 57-59. Врезультате сравнения пилообразныхнапряжений 66-68 с управляющим напряжением 69 ва выходах е-канальных распределителей 23 импульсвв вырабаты- б 5 ваются напряжения 70-78, сдвинутые относительно напряжений 57-65 на оп 1 ределенный Фазовый угол, зависящий от величины управляющего наПряжения 69, При регулировании выходного напряжения преобразователя изменяют ,величину управляющего напряжения 69 и соответственно с этим изменяются Фазовый сдвиг между напряжениями 57- 65 и напряжениями 70-78, При этом отработка изменения величины управляющего напряжения 69 возможна только лишь в небольшом промежутке времени ,с периода формирования импульсов управления, н оставшуюся часть которого возможность отрабатывать возмущающие воздействия отсутствует,Этот недостаток позволяет устранить подключение схем 25 выделения управляющих импульсов к соответствующим выходам основного юК-канального распределителя 17 импульсов, вырабатывающего напряжения 57, 61 и 65. Приэтом управляемые генераторы 26 пилообразного напряжения формируют на выходах пилообразные напряжения 79-81 синхронно .с напряжениями 57, 61 и 65, В этом случае часть периода ф н котором возможно многократная отработка возмущающих воздействий при регулировании или стабилизации выходного напряжения преобразователя значительно расширяется. Это преимущество дает возможность использовать предлагаемый преобразователь в-фазного напряжения в однофазное (особенно при большом числе амплитудно-импульсных модуляторов) в качестве быстродействующего стабилизатора переменного напряжения.Дополнительное введение в преобразователь е-фазного напряжения в однофазное (К) дополнительных блоков управления, каждый из которых входами соединен с выходом задающего генератора, с выходом источника управляющего напряжения и соответствующим выходом основного еК-канального рас-. пределителя импульсов, а выходами через а (К) усилителей мощности второго комплекта из вК усилителей мощности с входами силовых ключей в (К) вторых стоек амплитудно-импульсных модуляторов, позволяет улучшить динамические характеристики преобразователя путем повышения быстродействия отработки возмущающих воздействий. Так, если в известном устройстве за один период следования выходного напряжения возможна лишь од" нократная отработка нозмущающих воздействий, то в предлагаемом техническом решении, как уже показывалось на - диаграммах, при в=К=3 возможна троекратная отработка, а при большем числе амплитудно-импульсных модуляторов и многократная отработка возмущающих воздействий. Следует также отметить, что, если в известном устройстве приувеличении числа амплитудно-импульсных модуляторов качество выходного напряжения улучшается, а динамические характеристики остаются прежними, то в предлагаемом техническом решении с улучшением качества выходного напряжения улучшаются также и динамические характеристики преобразователя.Формула изобретения10.Преобразователь в-фазного напряжения в однофаэное, содержащий вК амплитудно-импульсных модуляторов, выполненных по схеме однофазного инвертора в виде двух стоек силовых ключей с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансформаторы, последовательно соединенные выходные обмотки которых образуют общий выход пре-. образователя, а также систему управления, содержащую источник управляющего напряжения, задающий генератор, подключенный через основной делитель частоты к .основному вК-канальному распределителю импульсов, выходы которого через первый комплектиз аК усили телей мощностисвязаны с входами силовых ключей первых из укаэанных стоек, а также связанный с задающим генератором дополнительный блок управления,.содержащий дополнительный ЗО делитель частоты, подключенный к тактовому входу дополнительного а-каналь ного распределителя импульсов, выходы которого через в усилителей мощности второго комплекта из вК усили- З 5 телей мощности связаны с входами силовых ключей а вторых из укаэанных стоек и, кроме того, канал формирования управляющих импульсов, входами подключенный к параФазным выходам 1 О основного вК-канального распределителя импульсов и выполненный в виде сое диненных последовательно схемы выде" ления управляющих импульсов, управляемого генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, одним из вхо дов связанной с источником управляющего. напряжения, схемы ИЛИ, схемы синхронизации, управляющими входами связанной с парафаэными выходами основного аК-канального распределителя импульсов, а выходами с управляюшими входами дополнительного в-канального распределителя импульсов, и схемы выделения установочных импульсоз, выходом подключенной к установочному входу дополнительного делителя част. ты, а двумя входами - одним непосредственно, а вторым через один иэ входов схемы ИЛИ, связанной с выходом схемы сравнения, причем второй вход схемы ИЛИ подключен к выходу схемы выделения управляющих импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик преобразователя путем повышения быстродействия отработки возмущающих воздействий, он снабжен (К) дополнительными блоками управления, каждый иэ которых входами соединен с выходом задающего генератора, с выходом источника управляющего напряжения и соответствующим выходом основного щК-канального распределителя импульсов, а выжодами через в (К) усилителей мощности второго комплекта из аК усилителей мощности с входами силовых ключей в (К) вторых из указанных стоек.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Пьяных Б.Е. Исследование несимметричных режимов преобразователейчастоты с однократной модуляцией.Диссерт. на соиск. учен. степениканд, техн. наук. ИЭД АН УССР, Киев1972, с. 212-215.2. Карташов Р.П. Чехет Э.М. Функциональные схемы преобразователейчастоты, - "Устройства преобразовательной техники", Вып. 2. Киев, "Наукова думка", 1969.3. Патент США Р 3170107,кл. 321-7, 16.02.19654. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2641860/07, кл. Н 02 М 5/27,1978.5Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2703019/07,кл. Н 02 М 5/27,28.12.78.817918 Соста Техре тель Г. Яьщык Т.Маточка