Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при создании быстродействующих регуляторов и стабилизаторов переменного напряжения, усилителей гармонических сигналов, преобразователей частоты. Целью является снижение массы и габаритов. Преобразователь содержит 2п инверторных ячеек на пол ностью управляемых ключах 1.1-6.4, соединенных с первичными обмотками высокочастотных тр-ров 9-14. Демодулятор 15 выполнен в виде двух диодных выпрямителей, соединенных с Т-образным фильтром 16. Блок управления параллельно работающих инверторных ячеек осуществляет алгоритм управления, позволяющий реализовать многозонную импульсную модуляцию напряжения источника питания. 7 йл. с S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (59 4 Н 02 М 7/48 Сг.; (;,,руРЯ

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3745396/24-07 (22) 28.05.84 (46) 07.01.88. Бюл. И 1 (7 1) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Г.Я.Михальченко, С.M.Надсадин и А.И.Сизых (53) 621.314.572(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 6995041 кл. Н 02 M 7/48, 1977.

Авторское свидетельство СССР

9 754635, кл. Н 02 M 7/48, 1977.

Авторское свидетельство СССР 9 1023590, кл. Н 02 M 7/48, 1981. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ ПЕРЕМЕНН0Е (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при создании быстродействующих регуляторов и стабилизаторов переменного напряжения, усилителей гармонических сигналов, преобразователей частоты. Целью является снижение массы и габаритов. Преобразователь содержит 2п инверторных ячеек íà пол костью управляемых ключах 1. 1-6.4, соединенных с первичными обмотками высокочастотных тр-ров 9-14. Демодулятор 15 выполнен в виде двух диодных выпрямителей, соединенных с Т-образным фильтром 16. Блок управления riaраллельно работающих инверторных ячеек осуществляет алгоритм управления, позволяющий реализовать многоэонную импульсную модуляцию напряжения источника питания. 7 ил.

13653

Изобретение относится к преобразовательной технике, и может быть использовано при создании усилителей гармонических колебаний электропри"

Э

5 водов переменного тока, источников питания при сохранении высоких энергетических показателей, в тех случаях, когда требуется высокое быстродействие регулирования и минимальные масса и габариты преобразователя.

Цель изобретения — снижение массы и габаритов преобразователя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема силовой цепи предлага- 16 емого преобразователя; на фиг. 2— блок-схема цепи управления преобразователя на фиг. 3 и 4 — варианты подключения к демодулятору выходного фильтра; на фиг. 5-7 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя..

Преобразователь напряжения (фиг. 1) содержит 2п (на примере n = 3) инверторных ячеек на полностью управляемых ключах 1.1-6.4, одни диагонали которых соединены с выводами 7 и 8 источника постоянного напряжения, а вторые — с первичными обмотками 2п высокочастотных трансформаторов 9-14, вторичные обмотки которых соединены последовательно.

Демодулятор 15 выполнен в виде двух диодных выпрямителей, входы которых подключены к вторичным обмоткам трансформаторов 9-11 и 12-14 соответствующих инверторных ячеек, причем выходы выпрямителей соединены между собой встречно-последовательно, общая точка которых вместе с другими 40 (однополярными) выводами выпрямителей и подключена к входу Т-образного фильтра 16, соединенного с нагрузкой 17.

Схема управления преобразователя 4б (фиг. 2) содержит последовательно включенные задающий генератор 18 и генераторы 19 и 20 встречно-изменяющихся развертывающих напряжений, соединенных с одними из входов сумми- gp рующих элементов 21-24, другие входы пар 21 и 22 и 23 и 24 которых объединены и подключены к выходам фазосдвигающего узла 25 и аналогово-. го умножителя 26 напряжения, входы которого объединены и образуют управляющий вход преобразователя (Uy), два и-канальных формирователя 27 и

28 управляющих импульсов, каждый ка04 2 нал которых содержит два модулятора

29 и 30 ширины импульсов, одни входы которых объединены и подключены к пороговым элементам 31-33 с последовательно нарастающими уровнями, а другие — к выходам суммирующих элементов 21-24, причем выходы модуляторов 29 и 30 ширины импульсов через узлы, 34 развязки и усиления соединены с управляющими цепями ключей 1.16.4 инверторных ячеек.

При выполнении фильтра 16 (фиг.3) по Т-образной С-L-С схеме общая точка выпрямителей подключена к выводу дросселя 35 фильтра, а выводы конденсаторов 36 и 37 соединены с однополярными выводами выпрямителей и образуют выходные выводы преобразователя.

При выполнении фильтра 16 (фиг.4) по Т-образной L-С-L схеме выводы дросселей 38 и 39 соединены с однополярными выводами выпрямителей, вывод конденсатора 40 подключен к общей точке выпрямителей, образующей вместе с общей точкой дросселей 38 и

39 выходные выводы преобразователя.

При подключении нагрузки 17 со ,средней точкой (фиг. 1) ее крайние выводы соединены с однополярными выводами выпрямителей, а средняя точка — с общей точкой конденсаторов фильтра или общей точкой выпрямителей (если фильтр отсутствует).

На фиг. 5-7 обозначены напряжения: .

41 — задающего генератора 18, 42 и

43 — генераторов 19 и 20 встречноизменяющихся развертывающих (пилооб" .разных) напряжений, 44 — управляющее синусоидальное напряжение, 45 и 46— умножителя 26 и фазосдвигающего узла

25 соответственно, 46.и 47 — суммирующих элементов 21 и 22, 49-52 — пороговых элементов 31-33, 53 и 54— суммирующих элементов 23 и 24, 5562 — модуляторов 29 и 30 ширины импульсов соответствующих каналов фор мирователей управляющих импульсов, 63 и 64 — -узлов 34 развязки и усиления первого канала формирователя,,65-68 — на обмотках трансформаторов

9-11 соответственно, 69 — суммарное напряжение вторичных обмоток трансформаторов 9-11, 70 — трансформаторов 12-14, 71 — на выходе одного из неуправляемых выпрямителей демодулятора 15, 72 — на выходе второго не- управляемоro выпрямителя, 73 — на з 1365 3 входе фильтра 16 74 — на выходе од-! ного плеча фильтра (среднее значение напряжения на выходе одного выпрямителя), 75 — на выходе второго плеча фильтра, 76 — на выходе преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Задающий генератор 18 формирует 10 высокочастотные импульсы 41, которые синхронизируют работу генераторов 19, и 20 развертывающих напряжений (генератор 20 встречно-изменяющихся напряжений может быть выполнен на осно- 15 ве повторителя напряжения, на основе операционного усилителя), на выходах которых действуют напряжения 42 и

43. На управляющий вход преобразователя поступает управляющее синусои- 20 дальное напряжение 44, частота которого выбирается вдвое ниже требуемой выходной частоты. На выходе аналогового умножителя 26 напряжения с объединенными входами действует нап- 25 ряжение 45, мгновенное значение которого изменяется по квадратичному

° 2

sakoay sin Qt. Это напряжение сдвио гается на 90 фазосдвигающим узлом

25, на выходе которого действует нап- За ряжение 46, изменяющееся по квадратичному закону соз юс. Суммирующие элементы 21-24, которые также могут быть выполнены на основе операционных усилителей, осуществляют сложение

35 напряжений 45 и 46 с развертывающими 42 и 43. На фиг. 5 (для упрощения) выходные напряжения 47 и 48 и 53 и

54 элементов 21 и 22 и 23 и 24 совмещены попарно. Каждое из этих нап- 4р ряжений поступает на одни из входов модуляторов 29 и 30 ширины импульсов, на других входах которых действуют напряжения 49-52 с последовательно нарастающими уровнями (на фиг. 5 для 45 определенности задано четыре уровня, что соответствует числу каналов

n = 4). Модуляторы 29 и 30 ширины импулЬсов могут быть выполнены в виде последовательно соединенных компараторов и логического элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, синхронизированного импульсами задающего генератора 18 через триггер. На выходе элементов сравнения (компараторов) модуляторов ширины импульсов действует напряжение 55-62, перепады которого формируются в моменты равенства напряжений 47 или 48 с соответствующими

04

4 уровнями 49-52, а на выходе узлов развязки и усиления действуют напряжения 63 и 64, которые определяют алгоритм работы ключей инверторных ячеек.

Пусть положительные полуволны напряжения 63 соответствуют замкнутому состоянию ключа 1.1, а отрицательные — ключа 1.2, Аналогично, положительные полуволны напряжения 64 соответствуют замкнутому состоянию. ключа 1.4, а отрицательные — 1.3.

Напряжения на выходах других узлов развязки и усиления (фиг. 6) не показаны. В соответствии с фазами напряжений 63 и 64 алгоритм переключения ключей 1 инвертора изменяется от полупериода к полупериоду высокой частоты: 1.4, 1.2 вЂ, "..2, 1.3-1.3,1

1.3, 1.1 — 1.1 — 1.4 — 1.4, 1.2 — t2 1.2, 1,4 — 1.4 1.1

1.2, 1.3 и т.д. — t до момента времени tz, с которого снова начинается в этом канале изменение синхронного алгоритма.

Напряжение на обмотках трансформатора 9 представлено в таком режиме эпюрой 65, для других, последовательно с ним соединенных по вторичной цепи трансформаторов — эпюрами 6668, а суммарное высокочастотное нап-. ряжение, действующее на входе первого выпрямителя, — эпюрой 69, огибающей которого изменяется в соответствии с напряжением 45. Аналогично, вторая группа инверторных ячеек на к1тючах 4-6 формирует сдвинутое на

90 в соответствии с напряжением 46 напряжение 70 действующее на входе второго выпрямителя демодулятора 15.

На выходах выпрямителей действует выпрямленное напряжение 71 и 72.Поскольку выпрямители включены встречно,на вход@. фильтра действует разность напряжений 7 1 и 72, представленная эпюрой

73, огибающая которой изменяется по синусоидальному закону с удвоенной частотой по отношению к управляющему напряжению U .

Эпюрами 74-76 представлены напряжения на выходе фильтра каждого моста и на нагрузке соответственно.

Если нагрузка имеет среднюю точку, что имеет место в электромагнитных системах, трансформаторных, вибрационных, двигательных, акустических, индукционного нагрева и так далее, cos уС вЂ” sin ut = cos2ut.

2 °

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в, квазисинусоидальное переменное, содержащий и инверторных ячеек на полностью управляемых ключах, две группы из и высокочастотных трансформаторов, вторичные обмотки каждой группы которых объединены в общем контуре и подключены к входам своих выпрямителей, выходные выводы которых через выходной фильтр связаны с выходом устройства, а первичные обмотки одной группы высокочастотных трансформаторов соединены с выходами и инверторных ячеек, входы которых подключены к шинам питания, и схему управления, включающую задающий генератор, генераторы встречно-изменяю35

5 13653 то выходной фильтр можно исключить, что позволяет дополнительно повысить коэффициент полезного действия. Демодулятор также может быть выполнен

5 по схеме со средней точкой. Выполнение демодулятора на основе двух встречно-последовательно включенных выпрямителях позволяет практически исключить нерегулируемые паузы в 10 выходном напряжении, исключить защитные цепи, схему управления ключами демодулятора и повысить КПД и надежность преобразователя на этой основе. Для реализации такого демодулятора на входе одного из выпрямителей необходимо сформировать высокочастотное напряжение, огибающая которого изменяется по закону sin ut, на входе другого — по 3 акону co s à t . 20

Их разность при этом изменяется по синусоидальному закону, так как

04 6 щихся развертывающих напряжений, соединенные с одним из входов суммирующих элементов, и-канальный формирователь управляющих импульсов, каждый канал которого содержит два модулятора ширины импульсов, одни входы которых объединены и подключены к пороговым элементам с последовательно нарастающими уровнями, а другие— к выходам указанных суммирующих элементов, причем выходы модуляторов ширины импульсов соединены с управляющими цепями ключей инверторных ячеек, отличающийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов, в преобразователь дополнительно введены и-канальный формирователь управляющих импульсов, и инверторных ячеек, выходы которых соединены с первичными обмотками другой группы высокочастотных трансформаторов, два суммирующих элемента, аналоговый умножитель напряжения и фазосдвигающий узел, вход которого подключен к выходу аналогового умножителя, причем входы последнего образуют управляющий вход преобразователя, а выход фазосдвигающего узла подсоединен к одним из входов дополнительных суммирующих элементов, другие входы которых соединены с генераторами встречно-изменяющихся развертывающих напряжений, их выходы соединены с одним из входов введенного формирователя управляющих импульсов, другие входы которого связаны с соответствующими пороговыми элементами, выходы соединены с уп- равляющими цепями ключей введенных инверторных ячеек, а выходы выпрямителей соединены между собой встречно-последовательно.

1 365304

1Зб5304

1365304

Е

J g4

И с Ь

Фиа 7

Составитель Г.Мыцык

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Максимишинец

Редактор И.Горная

Заказ 6653/53

Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4