Преобразователь постоянного напряжения в переменное

Преобразователь постоянного напряжения в переменное

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЦОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий выходной инвертор, фильтр и блок управления, в который входит задающий генератор и магнитный усилитель, огличающийся тем, что, с целью уменьщения массы и габаритов путем улучщения спектрального состава выходного напряжения инвертора, в .блок управления введен делитель частоты, суммирующий логический узел управления, Щ1фро-аналоговый преобразователь , магнитный мультивибратор, вспомогательные ключи, причем выходы задающего генератора соединены с синхронизирующим входом магнитного мальтивибратора и с входом делителя частоты, выход делителя частоты связан с входом суммирующего логического узла управления, один выход которого подключен к управляющему входу цифро-аналогового преобразователя, а другой - к управляющим входам ключей выходного инвертора, рабочие и управляющие обмотки указанного магнитного усилителя первым выводом соединены через вспомогательные ключи с первым выводом выходной обмотки магнитного мультивибратора, соединенной вторым выводом с общей шиной , к которой подключены вторые выводы i рабочих обмоток магнитного усилителя и первый выходной вывод цифро-аналогового преобразователя, к второму выходному выводу которого подключены вторые выводы управляющих обмоток магнитного усилителя , выходные обмотки которого подсоединены к входу суммирующего логического блока управления.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5Р Н 02 7/537; Н 02 М 748

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3477081/24-07 (22) 05.08.82 (46) 23.02.84. Бюл. № 7 (72) В. Т.Барабаш, В. В. Сазонов и Ю. Н. Журавич (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 621.314.58(088.8) (56) 1. Устройства преобразовательной,техники. — Сб. статей, Киев, «Наукова Думка»,1970, вып4, с. 113.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 917286, кл. Н 02 М 7/537, 1980. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий выходной инвертор, фильтр и блок управления, в который входит задающий генератор и магнитный усилитель, огличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов путем улучшения спектрального состава выходного напряжения инвертора, в .блок управления введен делитель частоты, суммирующий логический узел управления, цифро-аналоговый преобразо„„SU„„10?5358 А ватель, магнитный мультивибратор, вспомогательные ключи, причем выходы задающего генератора соединены с синхронизирующим входом магнитного мальтивибратора и с входом делителя частоты, выход делителя частоты связан с входом суммирующего логического узла управления, оди н выход которого подключен к управляющему входу цифро-аналогового преобразователя, а другой — к управляющим входам ключей выходного инвертора, рабочие и управляющие обмотки указанного магнитного усилителя первым выводом соединены через вспомогательные ключи с первым выводом выходной обмотки магнитного мультивибратора, соединенной вторым выводом с общей шиной, к которой подключены вторые выводы рабочих обмоток магнитного усилителя и первый выходной вывод цифро-аналогового преобразователя, к второму выходному выводу которого подключены вторые выводы управляющих обмоток магнитного усилителя, выходные обмотки которого подсоединены к входу суммирующего логического блока управления.

1075358

45

55

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобра зования постоянного напряжения в переменное.

Известен преобразователь, работающий по принципу полуслежения, состоящий из источника опорного синусоидального напряжения, генератора тактовой частоты и двух пороговых элементов, совместно с генератором тактовой частоты управляющих работой выходного каскада. В данной схеме период модуляции, определяемый тактовым генератором, является величиной постоянной, что позволяет при выделении первой гармоники. выходного напряжения использо.вать фильтры, имеющие небольшие массу и габариты (1).

Однако устойчивый режим работы данного преобразователя может быть обеспечен только при определенных условиях и точность воспроизведения на выходе преобразователя синусоидального опорного напряжения оказывается невысокой.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий выходной инвертор, фильтр и блок управления„в который входит задающий генератор, магнитный усилитель, пороговый элемент, источник опорного напряжения и интегратор. Известная схема преобразователя за счет стабилизации и расширения глубины модуляции позволяет улучшить массогабаритные показатели фильтра и повысить КПД (2).

Однако известный способ формирования импульсного напряжения на выходе инвертора в этой схеме не является оптимальным, поскольку не обеспечивается симметрия импульсов в течение полуволны выходного напряжения относительно середин полуволн, что обуславливает наличие в выходном напряжении четных гармоник, близких к первой. При этом имеет место модуляция, по своим свойствам относящаяся к односторонней модуляции, которая по сравнению с двухсторонней модуляцией при одинаковых соотношениях между несущей частотой и частотой модуляции не обеспечивает минимальной величины искажений модулируемого сигнала.

Целью изобретения является снижение массы и габаритов фильтра. путем улучшения спектрального состава выходного напряжения инвертора.

Цель достигается тем,что в преобразователе постоянного напряжения в переменное, содержащем выходной инвертор, фильтр и блок управления, в который входит задающий генератор и магнитный усилитель, в блок управления введен делитель частоты, суммирующий логический узел управления, 2 цифро-аналоговый преобразователь, магнитный мультивибратор, вспомогательные ключи, причем выходы задающего генератора соединены с синхронизирующим входоМ магнитного мультивибратора и с входом делителя частоты, выход делителя частоты связан с входом суммирующего логического узла управления, один выход которого подключен к управляющему входу цифро-аналогового преобразователя, а другой — к

I0 управляющим входам ключей выходного йнвертора, рабочие и управляющие обмотки указанного магнитного усилителя первым выводом соединены через вспомогательные ключи с первым выводом выходной обмотки магнитного мультивибратора, соединенный вторым выводом с общей шиной, к которой подключены вторые выводы рабочих обмоток магнитного усилителя и первый выходной вывод и цифро-аналогового преобразователя, к второму выходному выводу которого подключены вторые выводы управляющих обмоток магнитного усилителя, выходные обмотки которого подсоединены к входу суммирующего логического блока управления.

На фиг. 1 приведена принципиальная

25 схема предлагаемого преобразователя; на фиг..2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь состоит из силового каскада и блока управления. Силовой каскад включает в себя инвертор 1 и фильтр

2. Инвертор 1 может быть выполнен по любой известной схеме, например по схеме с трансформаторной средней точкой, состоящей из силового трансформатора 3 и силовых ключей 4 и 5. Выходная обмотка трансформатора 3 через фильтр 2 подключена к нагрузке 6.

Блок управления содержит задающий генератор (ЗГ) 7, магнитный мультивибратор 8 с трансформатором 9, делитель 10 час тоты, суммирующий логический блок 11 уп= равления (ЛБУ), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 12, блок 13 обратной связи (ОС), источник 14 постоянного опорного напряжения и широтно-импульсный модулятор 15.

Один из выходов задающего генератора подсоединен к синхронизирующим входам мультивибратора 8. Второй выход ЗГ 7 через делитель 10 частоты подключен к суммирующему ЛБУ, выход которого, в свою очередь, подсоединен к .управляющему вхбду

ЦАП. Второй питающий вход ЦАП подключен к выходу блока ОС 13. Входы блока ОС соответственно подключены к источнику

14 постоянного опорного напряжения и к выходу фильтра 2.

Широтно-импульсный модулятор 15 содержит два магнитных усилителя (МУ) 16 и 17 и вспомогательные ключи 18 — 21, раз-.

1078358 деляющие рабочие и управляющие интервалы МУ. Управляющие входы этих ключей подсоединены к выходам мультивибратора 8.

Вместо транзисторных ключей 18 — 21 можно использовать неуправляемые диодные ключи, однако это приводит к заметному уменьшению диапазона регулирования. Одни концы рабочих и управляющих обмоток подключены через вспомогательные ключи к одному из выводов выходной обмотки 22 трансформатора 9. Второй вывод обмотки 22 подсоединен к шине питания, которая имеет общую точку соединения с одним из выходов ЦАП 12. Вторые концы рабочих обмоток через ограничивающие резисторы 23 и 24 подключены также к шине питания, а вторые концы управляющих обмоток — к второму выходу ЦАП 12. Выходные обмотки 25 и 26 магнитных усилителей подсоединены к входам ЛБУ. Выходы ЛБУ подключены к управляющим входам силовых ключей 4 и 5 инвертора 1.

Схема работает следующим образом.

На обмотке 22 трансформатора 9 формируется прямоугольное напряжение Uä, с периодом T. Величина этого напряжения пропорциональна напряжению источника, питающего преобразователь (фиг. 2а). Для упрощения принято, что величина напряжения Uz, в течение периода Т остается постоянной и равной его среднему значению U

В управляющем интервале работы МУ

16, когда открыт ключ 19 и закрыт ключ 18, к управляющей обмотке МУ приложено напряжение, среднее за Т)2 значение которого равно

1-)я = п1-4 — Ug (1) где U„напряжение питания;

h — коэффициент. пропорциональности между U„H 1.1гг

U9 -среднее за Т12 значение напряжения, формируемого на выходе

ЦАП (фиг. 2 б).

В течение этого интервала йод действием напряжения, сердечник МУ перемагничивается от индукции насыщения (+ Вз) до некоторого значения индукции- В (фиг. 2 в) иа величину bB, определяемую выражением

AB= Вз — Во = - —, (2) где Q@Ny — нлощадь пойеречного сечения сердечника и число витков управляющей обмотки МУ.

В рабочем..интервале открыт ключ 18, а ключ 19 закрыт. К рабочей обмотке МУ приложено напряжение пЦц, под действием которого сердечник МУ перемагничивается от индукции В до +Вз. Время перемагничивания сердечника определяется выражением a3w ß,т,, Ь 0н 2п Ц Му где Wy — число витков рабочей обмотки МУ

В течение этого времени на выходной обмотке 25 рассматриваемого МУ формируется положительный импульс напряжения (фиг. 2д) поступающий на вход ЛБУ.

Работа магнитного усилителя 17 отличается от работы МУ тем, что управляющие и рабочие интервалы сдвинуты на время полупериода Т)2 работы ЗГ,в результате такого сдвига в управляющем интервале к управляющей обмотке МУ приложено напря10 жение пУп + U9 (4)

Под действием этого напряжения сердечник перемагничивается на величину В ьв =  — В, =- —.

11. Т

15 2 ЯЩ

Время перемагничивания сердечника в рабочем интервале при э ом равно .2Wyn Un

В течение этого времени на выходной обмотке 26 рассматриваемого МУ формируется положительный .импульс напряжения

Uqq (фиг. 2 е), также поступающий на вход ЛБУ.

На выходах ЛБУ формируются импульсные напряжения 134 u Us (фиг. 2ж, з), поступающие на управляющие входы силовых ключей 4 и 5 инвертора l. рр В течение положительной полуволны выходного напряжения Т /2 импульсы U4 образуются путем логического суммирования положительных импульсов U и импульсов длительностью tq (не показаны), допсшняющих положительные импульсы U (длитель35 ностью 1,) до полупериода Т)2, а импульсы представляют собой инверсию импульсов 04.В течение отрицательной полуволны аналогичным образом образуются импульсы Ug, а импульсы Ug, в свою очередь, 40 представляют собой их инверсию.

На выходной обмотке трансформатора 3 формируется двухполярное импульсное напряжение U (фиг. 2 и). Среднее значение этого напряжения за интервал, являющийся рабочим для МУ 16, определяется вы45 .ражением

U," — (/-24)(П где m — коэффициент передачи трансфор50 маторов.

Подставляя значение t из выражения (3) получаем

- — 1т- - -"Если W9 = 2wp, то

55 и = у- (пив — иу1). (9)

Подставляя сюда значения напряжения

Uyq из выражения (1) получаем

1-1вмх1 = „1- 9 ° (t0) S

За следующий интервал времени, являющийся рабочим для МУ 17, среднее значение выходного напряжения равно выхз (Z g< « Т) (И1

Подставляя значение Uyz из выражения (4) при Wy =- 2 получаем .U g = ф Ug. (12)

Из выражений (1О) и (12) видно, что при принятых. допущениях, среднее значение выходного напряжения инвертора за полупериод Т 2 пропорционально среднему значению напряжения за этот же полупериод и не зависит от напряжения питания преоб( разователя. Это снижает влияние нестабильности входного напряжения на выходное, уменьшает искажения формы выходного напряжения, вызванными возмущениями на входе. Обратная связь по выходному напряжению (блок 13) обеспечивает стабильность выходного напряжения при изменении тока нагуузки. Если не требуется высокая стабильность выходного напряжения или ток нагрузки постоянен, то обратную связь можно исключить, подключив на вход ЦАП . источник постоянного опорного напряжения.

Формирование на выход ЦАП многоступенчатого напряжения производится таким образом, чтобы его среднее значение

075353 было пропорционально среднему за тот же период времени значению синусоидального напряжения. Поэтому полезная (средняя) составляющая выходного напряжения инвертора также изменяется по синусоидальному закону. ,Формируемое на выходе инвертора напряжение относится к широтно-импульсной модуляции третьего рода, имеющей минимальные искажения повторяемого напряжения U . Кроме того, это импульсное напряжение симметрично относительно середины полуволны выходного напряжения, поэтому в своем спектре оно не содержит четных гармонических составляющих, расположенных близко к основной гармонике. При этом содержание нечетных гармоник, расположенных близко к основной, также значительно меньше, чем при других видах модуляции.

Таким образом, по отношению к известному предлагаемый преобразователь позволяет при одинаковых соотношениях между частотой модуляции и частотой выходного напряжения, а следовательно, и одинаковых потерях мощности на переключение в

25 силовом каскаде получить высокое качество выходного синусоидального напряжения при минимальных массе и габаритах выходного фильтра.

1075358

Составитель В. Моин

Редактор И. Шулла Теехред И. Верес Корректор И.Муска

Заказ 239/47 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4