Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в регулируемое трехфазное
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания как централизованного,так и децентрализованного типа во всех случаях, когда по условиям эксплуатации требуются улучшенные массогабаритные показатели устройства и повьшзенное качество преобразованной электроэнергии с регулируемыми параметрами. Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения и повышение КПД. Устройство обеспеч1гвает управление преобразователем постоянного напряжения Б регулируемое трехфазное. Регулирование напряжения производится методом частичного широтно-импульсного регулирования без присущего ему усложнения известной силовой части преобразователя. Устройство для уп-; равления преобразователем содержит два делителя частоты, шестиканапьный распределитель импульсов, два 1К- триггера, вспомогательный логический узел и два основных логических узла, выходы которых связаны с управляющими входами силовых ключей преобразователя , два элемента 2 ИЛИ и два логических элемента НЕ. 4 ил. § (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК g H 02 M 7 48
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
hei
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4151905/24-07 (22) 25. 11 ° 86 (46) 07. 08. 88. Бюл. №, 29 (71) Московский текстильньпl институт им.А.Н Косыгина и Московский энергетический институт (72) А.В.Чесноков и Г.С.Мыцык (53) 621.316.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 736309, 30.05.80.
Тонкаль В.E. и др. Полупроводниковые преобразователи модуляционного типа с промежуточным звеном повышенной частоты. — Киев: Наук. думка, 1981, с. 187-192, 211-213.
Авторское свидетельство СССР № 1359872, 27.09.85. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В РЕГУЛИРУЕМОЕ ТРЕХФАЗНОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания как централизованного,так и децентралиÄÄSUÄÄ 415382 А1 эованного типа во всех случаях, когда по условиям эксплуатации требуются улучшенные массогабаритные показатели устройства и повьппенное качество преобразованной электроэнергии с регулируемыми параметрами. Цель изобретения — улучшение качества выходного напряжения и повышение КПД. Устройство обеспечивает управление преобразователем постоянного напряжения в регулируемое трехфазное. Регулирование напряжения производится методом частичного широтно-импульсного регулирования без присущего ему усложнения известной силовой части преобраэователя. Устройство для уп-; равления преобразователем содержит два делителя частоты, шестиканальный распределитель импульсов, два IKтриггера, вспомогательный логический узел и два основных логических узла, выходы которых связаны с управляющими входами силовых ключей преобразователя, два элемента 2 ИЛИ и два логических элемента НЕ. 4 ил.
1415382
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания как централизованного, так и децентрализованного типов во всех тех случаях, когда требуются улучшенные массогабаритные показатели и повьш1енное качество преобразованной электроэнергии. 10
Цель изобретения — улучшение качества выходного напряжения преобразователя при его регулировании и повышение КПД за счет уменьшения числа переключений его ключей в единицу 15 времени.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства для управления преобразователем; на фиг ° 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип 20 формирования управляющих сигналов ключами преобразователя; на фиг.3— принципиальная схема силовой части преобразователя, для управления которого применяется предлагаемое устрой-25 ство; на фиг.4 — временные диаграммы, поясняющие принцип формирования выходного фазного напряжения на нагрузке при одном значении угла регулирования с О. 30
Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в регулируемое трехфазное (силовая часть которого представлена на фиг.3). включает в себя эадатчик 1 частоты, подключенный к первому 2 и второму
3 делителям частоты, выходы которых подключены к входам элемента 2И-HE 4.
Выход последнего подключен к входу шестиканального распределителя 5 им- 40 пульсов, выполненного из шести IKтриггерах 6-11. Выходы первого 2 и второго 3 делителей частоты подсо. единены также к входам логического элемента 2ИЛИ 12, кроме того, выход 45 второго делителя 3 частоты подключен к счетному входу первого IK-триггера 13 и к тактовому входу модулятора 14 ширины импульсов. Выход логического элемента 2 ИЛИ 12 подключен к счетному входу второго IK-тригге» ра 15, установочный вход I которого объединен с установочным входом I первого IK-триггера 13 и подсоединен к выходу логического элемента 2И-НЕ
4. Инверсный выход второго IK-триг55 гера 15 подключен к одному из входов второго логического элемента
ИЛИ 16, другой вход которого соединен с выходом модулятора 14 ширины импульсов S. В состав устройства для управления преобразователем входят также три логических узла: дополнительный 17 и два основных 18 и 19, осуществляющих формирование управляющих сигналов ключами преобразователя.
Дополнительный логический узел 17 содержит два канала. В состав первого входят первый логический элемент
HF, 20 логический элемент 2И-2ИЛИ 21 и второй логический элемент НЕ 22.
Связи между выходами Q> и Q первого т
IK-триггера 13, выходом S модулято ра 14 ширины импульсов, выходом Q g второго IK-триггера 15, входом первого канала дополнительного логического узла 17 и его выходом Р определяются следующим логическим выражением:
Е = (Q, + S) Q, + (Q, + S) а, Второй логический элемент НЕ 22 осуществляет инвертирование этого сигнала. Второй канал дополнительного логического узла 17 содержит также логические элементы НЕ 23 и
2И-2ИЛИ 24. Связи между входами этих элементов 23 и 24 с выходами некоторых из перечисленных узлов и элементов (13 и 14) с выходом Н второго каv нала дополнительного логического узла 17 определяется логическим выражением
" = (78 + QvS
Выходы F, F, Н дополнительного логического узла 17 подключены к входам первого основного логического узла
18, другие входы которого соединены с парафазными выходами Q„ Q, - Q () первой половины IK-триггеров 6-8 две— надцатиканального распределителя 5 импульсов и выходами Q z, Q> первого
IK-триггера 13.
Логический узел 18 выполнен в виде трех идентичных каналов, каждый из которых содержит четыре логические элемента 3И 25-36, логический элемент
4 ИЛИ 37-39 и логический элемент HF.
40-42. На выходе,логического элемс нта
ЗИ 25 формируют с11г вал, олр . челяемы11
BbIpBже нпеh1 Q Q„Ц ветственно на вых. 1 ло;.11ч<.ск .го элемента ЗИ 26 — 11,l, Ы, 27 — O,l, Ã, 28
Г. На выходе логи«еского эче1 мента 4 ИЛИ 37 фс рмируют логический сигнал М1 (один из выходных сигналов устройства), Равный М1 = Q Q Q
+ Q,Q)H + Я„() (Е + Q,Q)>, а на выходе логического элемента ЙЕ 40 — сигнал
М1. Остальные каналы выполнены аналогично, так что на выходе логического элемента 4 ИЛИ 38 формируют сигнал
MZ — 0 0 Q т + QiQP + Q Q3F + Q QzЕ логического элемента 4 ИЛИ 39 — M З
Ч Я Я Q1Q3H Q(Q3F Ч Ч
На выходах логйческих элементов НЕ
41 формируют сигнап М 42 М, Вь(хо ды М, M, — M, М образуют одну группу выходов устройства для управления преобразователем (фиг.2), свя— занную с управляющими входами ключей модулятора. К этой же группе выходов относятся выходы Q, Q первого IKтриггера: М = 1 .„ М,, = (. Второй основной логический узел 19 также выполнен трехканальным. В состав каждого канала входят последовательно включенные логический элемент 2-2И-ИЛИ 43-45 и логический элемент НЕ
46-48. Связи с выходами триггеров 9-11 распределителя 5
1 импульсов и Q» Q (первого IK-триггера 13, выполи ены обеспечивающими реализацию следующих логических функций: на выходе логического элемента 2-2И-ИЛИ 43 ДМ, = QqQ 1+ Q Д,(, 44 ДМт = Q Q + Q,Q . 45 ДМз= Q Q "
+ ((Я >. На выходе логического элемента НЕ 46 формируют сигнал ДМ,, 47 ДМ, 48 ДМ соответственно. Эти выходы образуют вторую группу выво.дов устройства, связанную с управляющим входом ключей демодулятора.
Силовая часть преобразователя (фиг. 3) содержит модулятор 49, выполненный в виде четырех стоек ключей
50-57 (на фиг.3 например, в виде транзистора, шунтированного диодом обратного тока) с управляющими входами M M -M M .К средним точкам
1 ° 1 Ф ° Ф стоек ключей 50-57 подключены одни концы первичных обмоток 58-60 трех однофазных трансформаторов 61-63, вторые концы которых объединены и подключены к средней точке ключей
56 и 57 четвертой стойки. Вторичные обмотки 64-66 подключены к трем однофазным демодуляторам 67-69. Демодуляторы 67-69 могут быть выполнены по любой однофазной схеме (например, однофазной мостовой) на пол15382 ног тью Qправля емых клю«ах п ереме нно гn тока. На фиг. 3 демодуляторы 67-69 вьп(олнены по схеме "с нулевой точкой" на ключах 70 — 75 с управляющими входами ДМ,, ДМ, — ДМ» ДМз.
Вторичные обмотки 65-66 в этом случае имеют среднюю точку, которая является одним из выводов демодуля(О торов 67-69 (объединенных в общую точку). Другие выводы демодуляторов
67-69 образуют выходные выводы 76-78 (Л, В, С) преобразователя. Выходы
М, Й вЂ” Мх, М первого логического
Ъ
15 узла 19, М+, M первого IK-триггера
13 связаны через усилительно-развязывающий узел с соответствующми управляющими входами ключей 50-57 модулятора 49, а выводы ДМ „ ДМ „-ДМ
20 ДМ второго основного логического
3 узла 19 — с управляющими входами ключей 70-75 демодуляторов 67-69.
Принцип работы устройства для управления преобразователем поясняется
25 временными диграммами, представленными на фиг.2. Задатчик 1 частоты синхронизирует работу устройства. Импульсы вида U1 с его выхода поступают на входы делителей 2 и 3 часто30 ты, коэффициенты деления которых определяют как N и N+1. Именно в этом случае на схеме 2И-HE 4 сравнения сформирована последовательность импульсов U < (частота следования кото35 Рых Равна 12 ГВ,(х где f 61(х àñõî та выходного напряжения преобразователя), поступающая на вход распреде-( лителя 5 импульсов. Последний при помощи триггеров 6-8 обеспечивает фор40 мирование трех последовательностей парафазных импульсов Q,, Q „ — Ч, Q с частотой 2 f сдвинутых между собой на угол ((/3, а при помощи триггеров 9-11 — трех последователь45 ностей парафазных импульсов ОФ ° Q4 имеющих частоту Й и фазовый сдвиг на угол 21(/3 °
Делители 2 и 3 частоты выполнены формирующими последовательности уэ50 ких импульсов (У, 1(х). После логического сложения этих импульсов при помощи логического элемента 2 ИЛИ 12, последовательность импульсов U, поступает на вход IK-триггера 15. Для исключения состояния неоднозначности
55 и тем самым повышения функциональной надежности устройства в целом, на установочный I вход триггера 15 подают последовательность узких импуль1415382
4 .
55 сов U . В результате на выходе триггера 15 будет сформирована последовательность модулированных по длительности импульсов вида U, поступающая иа вход второго логического элемента 2И 16, на второй вход которого поступает последовательность импульсов S с выхода модулятора 14 ширины импульсов. Модулятор 14 обеспечивает в соответствии с сигналом Ug формирование последовательности импульсов U 4, скважность которых изменяется от 0 до 1. Логические узлы 17
t9 выполнены на стандартных микросхемах, обеспечивающих реализацию известных логических операций. Сигналы на выходах некоторых иэ них представлеHbl на фиг.2 ° Номера последовательностей сигналов соответствуют номерам микросхем.
Особенностью работы модулятора 49 является использование общей стойки ключей 56 и 57 для формирования модулированных напряжений 61-63 всех трех фаэ преобразователя.На управляющие входы М4, МФ эти ключей подают сигнал Q, Q„ c выхода триггера
13 U<» обеспечивающий переключение этих ключей с постоянной частотой.
На управляющие входы М „M 1 — М, М > остальных ключей 50-55 модулятора
49 сигналы управления подают с большей или равной частотой при углах регулирования a(= 0 либо сигнал равной частоты и сигнал переменной скважности типа U,,U, (типа F,Н) (U> — U>> на фиг,2) при a(Ф 0 на соответствующих интервалах проводи- мости, обусловленных требуемым фазовым сдвигом управляющих сигналов.
Наличие одинаковой частоты коммутаций ключей 50-55 и 56, 57 модулятора 49 позволяет сформировать на обмотках трансформаторов 61-63 переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы (например, на интервале %/6 — К/2 U Введение регулировочной паузы длительностью Ы в сигнал управления U „ этими же ключами на интервале проводимости 7! /2 — 5и/6, обеспечивает формирование соответствующего сигнала (фиг.4) ° Отличие частоты коммутации ключей 50-55 от частоты коммутации ключей 56 и 57 позволяет сформировать переменное модулированное напряжение при a(= О, либо напряжение вида UCo на интер5 35 валах -й/6 — Г/6 и 5 ti/6 — 7 «/6. Такая форма напряжения позволяет получить на выходах трех модуляторов, ключи которых переключаются с постоянной частотой, но с изменением порядка чередования фаз через полу = период выходной частоты (U 4 на фиг.2), фазное напряжение преобразователя вида U или линейное Бщ (фиг.4). Сравнивая число переключений силовых ключей 50-57 и 70-75 преобразователя управляемого от предлагаемого устройства с числом переключений тех же ключей в известном устройстве, можно показать, что в ключах модулятора 49 оно, хотя и увеличива— ется примерно в 1,5 раза, зато в демодуляторах уменьшается в 2 раза. Динамические потери в транзисторных ключах преобразовательных устройств существенно зависят от напряжения коммутации. Обычно преобразователи такого типа для преобразования постоянного напряжения питания 27 В в напряжение порядка 200-220 В, т.е. ключи демодуляторов работают при по вышенном напряжении, определяющем и больший уровень динамических потерь, Таким образом, хотя число переключейний ключей модулятора и возросло, при указанных соотношениях входного и выходного напряжений общие динамические потери уменьшаются примерно в 1,6 раза, а КПД преобразователя увеличится на 5-8Х. Предложенный алгоритм регулирования выходного напряжения позволяет также улучшить его качество. Диапазо регулирования 1-0,57. При этом для случая o(= 4 маркс, когда U,рыу "ныл м«кс K г (u) = 0,31.Для того же значения величины выходного напряжения в известном устройстве величина К, („ составляет примерно 1, f2, т.е. хуже чем в предлагаемом в 3,6 раза. Предлагаемое устройство для управления преобразователем может найти применение при построении централизованных источников питания, когда требуется обеспечить как согласование номинальных уровней напряжений питания и нагрузки, так . и стабилизацию выходного напряжения при изменении напряжения питания в достаточно широких пределах (+207.) при высоком качестве выходного напряжения и энер7 141 гетических показателях преобразователя. формула изобретения Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в регулируемое трехфазное, включающим в себя модулятор в виде четырех стоек ключей с управляющими входами М1, М1,- М4, М+, подключенных ме ду шинами питания, три однофазных трансформатора, одни концы первичных обмоток которых подключены соответственно к точкам соединения ключей первых трех стоек, другие их концы объединены и подключены к точке соединения ключей четвертой стойки, и три однофазных демодулятора на ключах переменного тока с управляющими входами ДМ„, ДМ „ — ДМ, ДМ подключенных к вторичным обмоткам соответствующих трансформаторов, причем одни одноименные выводы демодуляторов объединены, а другие образуют выходные выводы преобразователя, содержащее два делителя частоты, подключенных входами к выходу задатчика частоты, а выходами — клогическому элементу 2И-НЕ, выход последнего связан со счетным входом шестиканального распределителя импульсов, выполненного на шести IK-триггерах с перекрестными связями у одной половины триггеров, причем парафазные выходы Я,, Q, — (, Q этих триггеров подключены к соответствующим входам двух основных логических узлов три пары выходов М1, М1 МЗ М первого из которых и три пары выходов ДМ, ДМ„- ДМ, ДМ второго связаны с управляющйми входами ключей модулятора и демодулятора, соответственно, а также первый IK-триггер с . парафазным входом Q„, Q связанным с управляющими входами ключей четвертой стойки модулятора так, что М = Q< N 1= Q>, и второй IK-триггер с выходом Q, модулятор ширины импульсов, тактовым входом с связанный со счетным входом первого IK-триггера, выходом S — с первым входом дополнительного логического узла, включающего в себя логические элементы совпадения, и два логических элемента 2 ИЛИ с выходами F Н, другие входы которого подключены к выходам Q» Q первого IK-триггера и связаны с выходом Q < второго М„= q,0,0„+ q,q,Í + Q,0 F q,Д Рs Мг = О Я Q„+ Q + Q М вЂ” Я(Я Я 1 + Qglp + q„q F + Q QsF; ДМ, = Q q q + Qgq ДМ,=а,а +Q,Q< ДМз — Я,Дз + Q4s 5382 в IK-триггера, связи между выходами S u Q, Q упомянутых модулятора ши рины импульсов и первого IK-триггера и выходом Н определяются логическим 5 выражением Н = Q S + Q S причем укаэанные выходы F, Н и выходы Q» Q „ первого IK-триггера подключены к оставшимся входам первого и втОрого основных логических узлов, установочный вход 3 первого IK-триггера подключен к выходу упомянутого логического элемента 2И-НЕ, а его счетный вход соединен с выходом второго делителя частоты, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения и повышения КПД за счет уменьшения числа переключений его ключей в единицу времени, оно снабжено двумя логическими элементами 2ИЛИ и двумя логическими элементами НЕ, вторая пойовина IK-триггеров вышеупомянутого шестиканального распределителя им25 пульсов выполнена с перекрестной связью, причем их счетные входы подключены к соответствующим выходам первой половины IK-триггеров, счетные входы последних подключены к выходу логического элемента 2И-НЕ непосредственно, связи между вышеупомянутыми логическими элементами,распределителем импульсов, модулятором ширины импульсов, первым и вторым IK-триггерами, дополнительным логическим узлом и выходами устройства через первый и второй логические ysлы, а также выполнение этих логических узлов определяются следующими логическими выражениями: F = (qi+ S) 61+ (6Ъ+ ) Q13 " ъзя tfg "а Ьб UV(<7 ь(! Vzy (Я Р6(а!) v7 faã) u, (à,) g2 гв (6) Ь7 58 (2) юя(Ъ к,(а,) Ulr(06 Ьа (6) v»(arr llpg(d/fz 5 6(dt1S 1415382 П(3 7ã. ) 271)1 ХЯф Я Раг. 9 Составитель О.Парфенова Техред A. Кравчук Корректор M.Ïîæo Редактор С. Патруц.ева Тираж 665 Подписное И1И1ПИ Государственного комитета СССР и» делам изобретений и открь тий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 Заказ 3ЯЯ2/53 гу Произв дств пн — и пиграфическое предприятие, г. Ужгор; д, ул. 1роектная, 4F + 6Л, ;
