Преобразователь с выходным переменным напряжением заданной формы

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИЕСПУБЛИК 19) (11) 2 М 7/4 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ТЕНТНОЕ НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ итут гети ЫМ АНТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(73) Самарский политехнический инсим.В,В.Куйбышева и Московский энеческий институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1193760, кл. Н 02 М 7/539, 1985.Авторское свидетельство СССРМ 1690146, кл, К 02 М 7/539, 1989.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ВЫХОДПЕРЕМЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ ЗАДНОЙ ФОРМЫ Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение при построении источников вторичного электропитания как централизованного, так и децентрализованного типов для преобразования исходного многофазного переменного или постоянного напряжения в напряжение требуемой формы одно или многофазное, особенно в тех случаях, в которых требуется повышенное качество выходного напряжения и тока нагрузки, согласование уровней напряжений питания и потребителя, регулирование в широких пределах или стабилизация выходного напряжения при обеспечении сильноточного выхода и ограничениях на массогабаритные показатели.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей за счет введения наряду с постоянным также переменного питающего напряжения без ухудшения ка(57) Использование: преобразование многофазного входного переменного напряжения в одно-или трехфазное напряжение другой частоты для систем вторичного электропитания или электропривода, Сущность изобретения: мостовые ячейки с индивидуальными трансформаторами подключены к входным выводам. Выходные напряжения группы. ячеек суммируются на входе демодуляторов, Выходы демодуляторов суммируются по току с помощью . фильтр-трансформатора, который одновременно фильрует высшие гармоники. 1 з.п. ф-лы, 8 ил. чества выходного напряжения и за счет формирования многофазной системы напряжений на его выходе.Введение дополнительных мостовых инверторных ячеек и соединение их выходов последовательно в каждой из образованных секций позволяет ввести наряду с постоянным также переменное питающее напряжение без ухудшения качества выходного напряжения преобразователя, что обеспечивает расширение его функциональных возможностей. Введение же дополнительных демодуляторов и дополнительных вторичных обмоток выходных трансформаторов инверторных ячеек, а также дополнительных фильтр- трансформаторов позволяет сформировать многофазную систему напряжений на выходе преобразователя, что обеспечивает также расширение его функциональных возможностей.ф к 5- л 1 к 1+ л 1 к 1,фк 7 = л 1,фкб=л 1 к 1+л 1 к 1,фк 8 л 1, где сигналы л 1, л 1 (а также л 2, л 2 и лЗ, лЗ) формируются логической ячейкой ЛЯ 1 (ЛЯ 2 и ЛЯЗ) по следующему алгоритму: л 1 = р 1 Е+ р 1 Е,л 1 р 1 Е+р 1 Е,где в свою очередь: Е и Е - выходные сигналы (фиг.З) преобразователя формы ПФ (43), реализующего операцию индикации полярности управляющего сигьала Оу.Такое управление ключами моста ДМ 1 соответствует эквивалентному модулирующему воздействию ф 1 д (фиг.З) на силовой сигнал (входное напряжение) моста. Аналогично формируются логическим узлом ЛУ 1 (47) эквивалентные модулирующие воэдейСиловая часть такого преобразователя включает в себя девять (в и = 9) мостовых инверторных ячеек ИЯ 1-ИЯ 9 (1-9, фиг.1) с выходными трансформаторами Тр 1-Тр 9 (14-22, фиг. 1 и 8), имеющими по три (гл=З) вторичные обмотки; девять (а р - 9) демо- дуля-,оров ДМ 1-ДМ 9 (23-25, 61-66, фиг, 8) и выходные трехфазные (щ=З) фильтртрансформаторц ФТ 1-ФТЗ (30, 67, 68). Выходы ФТсоединенные на фиг. 8 в "звезду" (возможны и другие варианты: например, в "треугольник" или раздельные вовсе), являются выходом устройства,Блок управления включает в себя шесть (и+р=6) логических узлов; три ЛУ управления инверторными ячейками(п=З) и три ЛУ управления демодуляторами (р=З), каждый с тремя (гп=З) каналами формирования управляющих сигналов.Устройство (щ=п=З) работает следующим образом,Генераторы пилообразных напряжений ГПН 1-ГПНЗ (39 - 41), синхронизируемые распределителем импульсов РИ (32) с выходными сигналами р 1 и р 1 (фиг.З), р 2, р 2 и рЗ, р 3 и задатчиком частоты ЗЧ (31), вырабатывают опорные напряжения г 1-гЗ пилообразной формы(фиг.З) со взаимным фазовым сдвигом 2 ФЗ (в общем случае 2 Игл которые сравниваются на компараторах К 1 - КЗ (36-38) с модулем управляющего сигнала Оу, так что на выходе компараторов формируются сигналы к 1 (фиг,З), к 2, кЗ, Управляющие сигналы ключей, например, ДМ 1 формируются логической ячейкой Я 1 (фиг.2) по следующему алгоритму (фиг,З): ствия ф 2 д и ф Зд на демодуляторы ДМ 2 и ДМЗ и логическими узлами ЛУ 2-ЛУ 4 (48 - 50) эквивалентные модулирующие воздействия ф 1- ф 9 на инверторные ячейки ИЯ 1 - ИЯ 9, 5 только управляются ЛУ 2 - ЛУ 4 фазами питающего напряжения Оэ, Оь, Ос (фиг.4),При таком управлении на выходах инверторных ячеек (на вторичных обмотках трансформаторов (ИЯ 1 - ИЯЗ (Тр 1-ТрЗ) фор мируются высокочастотные напряжения соответственно О вч, О )вч, 0 вч (фиг.4)(1 2) 3)промодулированные фазами питающего напряжения, которые затем суммируются соединением вторичных обмоток Тр 1-ТрЗ 15 последовательно друг с другом с образованием высокочастотного уже немодулированного напряжения 0 ч. Напряжения 0 чги О вч получаются аналогично, Всех их, имезющих взаимный фазовый сдвиг 2 ФЗ (в об щем случае 2 т/в), подают на силовые входыдемодуляторов соответственно ДМ 1-ДМЗ.На вцходах демодуляторов ДМ 1 - ДМЗ формируются напряжения соответственно Оф (фиг. 4,5), ОР, ОР (фиг.5), содержащие в 25 своем составе кроме основной (полезной)составляющей, повторяющей по форме управляющий сигнал Оу, еще и ряд высокочастотных гармоник, основные иэ которых образуют трехфазную (а=3) систему, Эти 30 напряжения с вцходов ДМ подают на обмотки трехфазного суммирующего фильтр- трансформатора ФТ (30) (через нагрузку преобразователя), По основной составляющей (синфазной) ФТ работает в режиме ко роткого эамцкания (его обмотки.оказываются включенными фактически параллельно, что эквивалентно короткому замыканию трехфазного или, в общем случае, в-фазного трансформатора), и основная со ставляющая без искажений попадает на выход преобразователя (правда вместе с другими синфазными гармониками). По отношению к основным высокочастотным гармоникам обмотки ФТ включены по обычной 45 схеме "звезда", и ФТ, задерживая на себевсе высокочастотные гармоники, образующие трехфазнце системы (в общем случае, в-фаэнце), не пропускает их на выход преобразователя. На выходе преобразовате ля формируется напряжение улучшенногогармонического состава 02 (фиг,5), идентичное по форме суммарному выходному напряжению демодуляторов ДМ 1 - ДМЗ и отличающееся от последнего лишь умень шенной в три раза(в гп роз) амплитудой. Кобмоткам ФТ оказываются приложеннцми напряжения высокой частоты, поэтому, масса и габариты ФТ будут незначительнцми.Устройство (е, и) (фиг. 6) работаетаналогичным образом, отличив состоит лишь в том, что опорных напряжений только два (в):г 1 и г 2 также пилообразной формы, но со взаимным фазовым сдвигом ж, которые сравниваются также на двух компараторах К 1 и К 2 с модулем управляющего сигнала Оу с формированием на своем выходе сигналов к 1 и к 2. Высокочастотных нвмодулированных уапряжений образуется тоже два: О вч и О вч со взаимным фазовым сдвигом ж 2, которые подают на силовые входы двух демодуляторов ДМ 1 и ДМ 2. На выходах ДМ 1 и ДМ 2 форуируются напряжения соответственно 02(фиг, 4,7) и ОР (фиг,7), содержащие в своем составе кроме основной составляющей еще ряд высокочастотных гармоник, основные из которых являются взаимно противофазными, Напряжение с выхода ДМ 1 подают на одну обмотку суммирующего фильтр-трансформатора ФТ(60) (через нагрузку преобразователя), а напряжение с выхода ДМ 2- на другую обмотку, причем в противофазе по отношению к первой обмотке ФТ. По основной составляющей (синфззной) ФТ работает в режиме короткого замыкания (его обмотки оказываются включенными встречно-параллельно), и основная составляющая без искажений попадает на выход преобразователя. По отношению к основным высокочастотным гармоникам обмотки ФТ оказываются включенными параллельно, что эквивалентно одной обмотке, и ФТ, задерживая на себе все высокочастотные гармоники, находящиеся в противофазе, не пропускает их на выход преобразователя.На выходе преобразователя формируется напряжение Ог (фиг. 7).Преобразователь с многофазной системой выходных напряжений (а-и р) работает аналогично, только выходные напряжения демодуляторов суммируются с помощью трех (р) фильтр-трансформаторов ФТ 1-ФТЗ (фиг,8) с образованием трех фаэ А, В, С (и нулевой фазы) на выходе,Преобразователи фиг. 1, 6, 8 могут питаться и от постоянного напряжения, Для этого достаточно клеммы А,В,С на входе преобразователя обьединить (и в схеме управления тоже), при этом полученные схемы нв будут критичны к порядку подключениязнаков постоянного напряжения, то ли "+"подавать нз объединенную клем АВС, а "-" - к клемме О, то ли наоборот.Введение дополнительных мостовых инверторных ячеек и соединение их выходов последовательно в каждой из образованных секций выгодно отличает предлагаемый пре образователь от указанного прототипа, так как это позволяет ввести наряду с постоянным также переменное питающее напряжение без ухудшения качества выходного напряжения преобразователя. Кроме этого, введение дополнительных демодуляторов и дополнительных вторичныхобмоток выходных трансформаторов инверторных ячеек, а также дополнительных фильтр-трансформаторов позволяет сформировать многофазную систему напряжений на выходе преобразователя, Все это и обеспечивает расширение функциональных воэможностей преобразователя, выделяя его на фоне прототипа,К достоинствам описанного преобразователя следует отнести также то, что схема не чувствительна к частоте питающего напряжения и частоте управляющего сигнала и может управляться даже постоянным по 10 15 знаку сигналом и даже постоянным (напри 20 мер, эталонным) напряжением, выполняя таким образом функции идеального выпря-. мителя (без нелинейных искажений выход- . ного напряжения, обычно вызываемых 25 входным переменным напряжением). Предмирования в общем контуре.Дополнительные пояснения к блок-схеме системы управления на фиг,2,. Как это вытекает из описания и из временных диаграмм на фиг. 3 - фиг. 5, задатчик частоты 31 35 и распределитель импульсов 32 (фиг,2) сле 40 дует выполнять общими для всех четырех логических узлов 47-50.Формула изобретения 1. Преобразователь с выходным: пере менным напряжением заданной формы,содержащий а инверторов с трансформаторным выходом, каждый иэ которых выходом подключен к входу демодулятора, а выходы е демодуляторов соединены парал лельно с помощью в-обмоточного суммирующего фильтр-трансформатора, и блок управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем использования и-фазного 55 входного переменного напряжения и р-фаэного выходного напряжения, каждый инвертор выполнен в виде п мостовых ячеек с индивидуальным выходным трансформатором, имеющим р одинаковых вторичных обмоток, причем вход каждой из этих ячеек ложенная схема преобразователя позволяет и просто реализовать дискретное (наряду с непрерывным в известных пределах) регулирование выходного напряжения в широ ких пределах (в Ф раэ), для чего достаточно .лишь предусмотреть переключение суммирования выходов демодуляторов параллельно с помощью фильтр-трансформаторов на последовательное по известной схеме сумподключен, к входному выводу соответству. ющей фазы преобразователя, число демодуляторов выбрано равным ар, а число в-обмоточных суммирующих фильтр- трансформаторов равным р, выход каждого из этих фильтр-трансформаторов соединен с выходным выводом соответствующей фазы преобразователя, каждая иэ обмоток а-обмоточного суммирующего фильтр-трансформатора соединена с выходом соответствующего из гп демодуляторов, к входу каждого из оторцх подключена цепочка из последовательно соединенных вторичных обмоток индивидуальных выходных трансформаторов мостовых ячеек; подключенных входом к входным выводам различных фаэ преобразователя, а блок управления .выполнен формирующим широт- но-модулирукицие импульсы управления ключами инверторов и демодуляторов.2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок управления содержит и+р одинаковых логических узлов, в каждом из которых последовательно соединены задатчик частоты и в-канальный распределитель импульсов с парафазными аыходамй, подключенными через генератоГры пилообразных напряжений к информационным входам а компараторов, управляющие входы которых обьединены и подключены через выпрямитель к управля ющему входу логического узла, а выходыподключены к управляющему входу т пер-вых логических ячеек, информационные входы которых соединены с выходами соответствующих е вторым логических ячеек, уп равляющими входами подключеннымичерез преобразсВэтель формы к управляющему входу логического узла, а информационными входами - к соОтветствующим выходам е-канального распределителя 15 импульсов, причем выходы первых логических ячеек соединены с выходами логи-ческого узда,. управлятощие входы р . легических узлов соединены с соответствующей фазой р-фазного задатчика управ ляющего напряжения, а выходы этих узлов- с цепями управления соответствующих демодуляторов, а управляющие входы оставшихся и логических узлов соединены с входными выводами соответствующих фаз 25 преобраэбвателя, а выходы этихузлов - сцепями управления соответстврощих мостовых ячеек инверторов.1812606 ТР 1 7 И ТР 3 Составитель П,фридманРедактор А. Егорова Техред М, Моргентал Корректо Куль роиэводстввнно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 1579 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5