Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное

Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для построения источников вторичного электропитания (ИВЭП) устройств электроавтоматики и электроприводов переменного тока. Цель изобретения - обеспечение регулирования величины выходного напряжения. Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы содержит L инверторных ячеек с гальванически развязанными и последовательно соединенными выходами. Выходные напряжения инверторных ячеек имеют паузы φ/3 между полуволнами и последовательно сдвинуты между собой на фазовый угол φ/3L. Результирующее выходное напряжение преобразователя при этом имеет L - ступенчатую форму (L - число ступеней на четверти периода частоты этого напряжения). Блок управления содержит задающий генератор 7, подключенный к распределителю 8 импульсов, делителю 9 частоты, распределителю 10 импульсов, делителю 11 частоты и фазосдвигающему узлу 12. Выходы распределителей 8, 10, 13 подключены к логическим узлам 15.1-15.6. Блок управления обеспечивает паузы между полуволнами в выходном напряжении каждой инверторной ячейки, равные φ/3+κ, а также паузы α в середине каждой полуволны этих напряжений (α - угол регулирования). Регулировочная характеристика при этом получается линейной, а качество выходного напряжения преобразователя остается высоким в широком диапазоне изменения этого напряжения. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„. 80„„1511833 A 1 (51) 4 Н 02 М 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Sue.3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ. И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! 21) 4.248442/24-07 (22) 27. 05. 87 (46) 30.09.89. Бюл. Р 36 (71) Московский энергетический институт (72) В.В.Михеев, Г,С.Мыцык, О.Г.Пахомов, В.И.Мамонтов, А.М.Сухинин и Л.В.Кулагин (53) 621.316.727(088.8) (56) Константинов В.Г. Многофазные преобразователи на транзисторах.

M. Энергия, 1972, 96 с.

Авторское свидетельство СССР

1046876, кл. Н 02 M 7/48, 1979.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ У1ТРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В КВАЭИСИНУСОИЛАЛЬНОЕ IIEPEYEHHOK (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для построения источников вторичного электропитания (ИВЭП) устройств электроавтоматики и электроприводов переменного тока. Цель изобретения — обеспечение регулирования величины выходного напряжения.

Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы содержит Ь инверторньж ячеек с

3 1511833 гальванически развязанными и последовательно соединенными выходами.

Выходные напряжения инверторных ячеек имеют паузы Т/3 между полуволна5 ми и последовательно сдвинуты между собой на фазовый угол /3L, Результирующее выходное напряжение преобразователя при этом имеет L-ступенчатую форму (L — число ступеней на четверти периода частоты этого напряжения). Блок управления содержит задающий генератор 7, подключенный к распределителю 8 импульсов, делителю 9 частоты, распределителю 10 им- 15 пульсов, делителю 11 частоты и фазосдвигающему узлу 12. Рыходы распределителей 8, 10, 13 подключены к логическим узлам 15,1-15,6. Блок управления обеспечивает паузы между полуволнами в выходном напряжении каждой инверторной ячейки, равные /3+Ы., а также паузы о<, в середине каждой полуволны этих напряжений («, — угол регулирования) ° Регулировочная характеристика при этом получается линейной, а качество выходного напряжения преобразователя остается высоким в широком диапазоне изменения этого напряжения, 2 з.п. ф-лы, 4 ил, !.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис.— польз о ва но для по с тро ения в то ричных источников питания устройств электроавтоматики и электроприводов переменного тока малой мощпости (po единиц кВЛ), работающих как на переменную, так и на постоянную нагрузку, в тех случаях, когда требуется согласование уровней напрях<ений питающей сети и потребителя, повышенное качество преобразованной электрической энергии и приемлемые массогабаритные показатели вторичного источника.

Цель изобретения — обеспечение регулирования величины выходного напрях<ения.

На <1 иг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие формирование выходного напряжения предлагаемого преобразователя (а), и структурная схема его силовой части (6); на фиг, 2 — обобщенная структурная схема блока управления предлагаемого преобразователя (а), структурная схема одного из вариантов выполнения силовой части преобразователя с промежуточным высокочастотным преобразованием (б), зависимости величины первой гармоники выходного напряжения преобразователя и и коэффициZX< ента гармоник выходного напряжения

K„(u) от длительности регулировочной паузы eL(a); на фиг. 3 — структурная схема блока управления преобразователя с Ь=б; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие форми25

55 рованпе сигналов управления ключами инверторных ячеек и выходных напрях<ений инверторных ячеек.

Устройство (фиг, lб) содержит L одпофазных мостовых инверторных ячеек 1.1 — 1..L с гальванически развязанными с coединенными последовательно выходами. Ключи 2-5 каждой инверторной ячейки образуют ее первую (ключи 2 и 3) и вторую (ключи 4 и 5) стойки.

Блок 6 управления (фиг. 2а) ключами инверторных ячеек 1,1-1,L содержит задающий генератор 7, выходом подключенный к первому входу основного 2L-канальноro распределителя 8 импульсов, к входу основного делителя 9 частоты, к первому входу первого дополнительного L-канального распределителя 10 импульсов, к входам первого дополнительного делителя 11 частоты и фазосдвигающего узла 12, Выход основного делителя 9 частоты подключен к второму входу основного распределителя 8 импульсов, выход первого дополнительного делителя 11 частоты — к второму входу первого дополнительного распределителя

10 импульсов, а выход фазосдвигающего узла 12 — к первому входу второго дополнительного распределителя 13 импульсов и к входу второго дополнительного делителя 14 частоты, выходом подключенного к второму входу распределителя 13 импульсов ° Каждый из распределителей 8, IO и 13 импульсов может бить выполнен rо схеме регистра сдвига на последовательно

5 151) 81 соединенных триггерах .1К- или 1)-типа с объединенными счетными входами (кроме первого триггера).При этом счетный вход первого триггера образует второй вход распределителя им5 пульсов, первый вход которого образован счетными входами остальных триггеров. Парафазные выходы каждого из каналов распределителей 8, 10 и 13 импульсов подключены к соответствующим входам логических узлов, выходы которых связаны с управляющими нходами К-х ключей инверторных ячеек 1,1-1.L. Каждый из логических узлов 15.1-15.L выполнен на двух логических элементах 2И 16 и 17, двух логических элементах ЗИ 18 и 19, двух логических элементах HF. 20 и 21 и одном логическом элементе 2ИЛИ 22, 20

Конструктивное выполнение i-го логического узла (из числа указанных L узлов 15.1-15.1.) и его связи с распределителями 8, 10 и 13 и с ключами 2-5 i-й инверторной ячейки (из чи- 25 сла L инверторных ячеек 1,1 — 1.L), где i=1-L, определяются следующими логическими выраженияМи:

V, =Y;1 з,,и 30 р 4 „ III, Y,= v ;", где(, -(/ "; определяются логическими

r ф выражениями (1);

Ч ;-1 — сигналы управления ключа2 ми 2-5 инверторной ячейки

l,i.

Основной 9 и дополнительные 11 и

14 делители частоты выполняют с коэф- 40 фициентами деления соответственно

3L и L/n.

Инверторные ячейки в предлагаемом преобразонателе имеют гальванически развязанные выходы, В схеме, изобра- 45 женной на фиг. lб, гальваническую развязку осуществляют путем выполнения инверторных ячеек с трансформаторным выходом, При этом выходные трансформаторные ячейки работают на выходной частоте преобразователя и в случаях, когда необходимо получить на выходе низкую частоту (десятки

Гц), имеют большие габариты и массу. Поэтому в области низких выходных частот гальваническую развязку выходов указанных инверторных ячеек целесообразно осуществлять путем обеспечения питания последних от

1 6 гальнацически развязанных источников постоянного напряжения. Пример реализации такого преобразователя изображен на фиг, 2б. Гальваническн развязанными источниками питания мостовых иннерторных ячеек служат преобразователи постоянного напряжения н постоянное другого уровня, выполненные по схеме с нулевой точкой и работающие на промежуточной высокой частоте. Транзисторы, включенные на вторичной стороне параллельно ныпрямительным диодам, обеспечивают протекание реактивного тока нагрузки.

Управление транзисторами для упрощения реализации может осуществляться без слежения за током в цепи питания выходных инверторов путем непосредственного использования сигналов промежуточной высокой частоты

I к 1 л8м 1 пВч

В предлагаемом. преобразователе вход основного делителя 9 частоты может быть подключен не к выходу задающего генератора 7, а к выходу первого дбполнительного делителя 11 частоты. Коэффициент деления основного делителя 9 частоты при этом выбирают равным 3п, Структурная схема блока управления варианта преобразователя для этого случая приведена на фиг. 3.

Принцип работы предлагаемого преобразователя для L=á поясняется временными диаграммами на фиг. lа и 4, где приняты следующие обозначения:

u -u — напряжения на выходах инI верторных ячеек 1,1-1,6; u, и,-— кривые выходного квазисинусоидального напряжения преобразователя соответственно при pl+=0 и g =1/6; u — сигнал на выходе задающего генератора 7.

Рассмотрим работу предлагаемого преобразователя, Задающим генератором 7 (фиг. 3) формируют последовательность тактовых импульсов частоты 6Lf =362 (u>Ä на фиг. 4), где f — частота выходного напряжения преобразователя. С вы" хода задающего генератора импульсы поступают на первые входы основного

8 и первого дополнительного 10 распределителей импульсов и на входы основного делителя 9 частоты, первого дополнительного делителя ll частоты и фазосдвигающего узла 12 ° С выхода основного делителя частоты 2fz

1511833 (результирующий коэффициент делителей 9 и ll равен ÇL=18) поступают на второй вход распределителя 8 импульсов, на выходах которого формируют

2L=12 пар парафазных сигналов прямо5 угольной формы частоты f сдвинутых

2 « друг относительно друга на один период тактовой частоты, что составляет «/ÇL= «/18 (период выходного напря10 жения равен 2«). На второй вход распределителя 10 импульсов поступают импульсы частоты 6nf с выхода делителя ll частоты, при этом на выходах указанного распределителя формируют 15

Е=б пар парафазных сигналов прямоугольной формы частоты 3nf, сдвинутых друг относительно друга на « /ЗТ;—

= «/18. С выхода фазосдвигающего узла

12 импульсы частоты 6ЬЕ =-3622, сдви- 20 нутые относительно тактовых ймпульсов на регулируемый по длительности интервал о, поступают на первый вход распределителя 13 импульсов и на вход делителя 14 частоты, с выхода кото- 25 рого импульсы частоты бпла поступают на второй вход распределителя IÇ, На выходах указанного распределителя формируют L=á пар парафазных прямоугольных сигналов частоты ЗпГ, сдви- 30 нутых по отношению друг к другу на

Ф/ÇL=«/18. Сигналы с выходов распределителей 8, 10 и 13 поступают на соответствующие входь1 логических узлов 15,1-15,6, в которых осуществля35 ют формирование сигналов управления ключами инверторных ячеек в соответствии с формулами (1). На временных диаграммах, приведенных на фиг. 4, изображены сигналы управления ключа- 40 ми только для инверторных ячеек 1.1 и 1.2, а а сигналы управления ключами остальных инверторных ячеек име-" ют такую же форму, при этом системы сигналов управления сдвинуты друг 45 относительно друга на «/ÇL=«/13. Переключение ключей инверторных ячеек в соответствии с поступающими на их управляющие входы сигналами управления обеспечивает формирование на выходах инверторных ячеек напряя<ений и -й (фиг. Ia), последовательно сдвинутых на « /ЗЬ=«/18. Суммированием этих напряжений в общем контуре, образованном последовательно соединенными выходами инверторных ячеек, получают выходные квазисинусоидальные напряжения ц и ц2 (при К =0 и оС =1/б соответственно фиг. Iа).

Регулирование выходного напряжения в преобразователе осуществляется наиболее эффективным с точки зрения искажений методом частичного широтноимпульсного регулирования: в процессе регулирования глубокие провалы напряжения до нуля появляются лишь в области минимальных значений напряжения, причем тем позже, чем больше число ячеек L (фиг. ?в). Из графиков ц2,=f(м ) и К„(u)=f(oC ) на фиг. 2в видно, что при 1.=6, например, в диапазоне регулирования величины основной гармоники 1,06-0,5=и „искажения не превышают 25Х, Изобретение позволяет расширить область применения устройства благодаря расширению его функциональных возможностей. Кроме того, выполнение устройства без регулируемых источников питания (за счет регулирования напряжения по определенному ал-. горитму непосредственно в инверторных ячейках) позволяет существенно снизить (примерно íà IOX) результирующие потери в устройстве и соответственно улучшить массогабаритные показ атели. Возможность I OOX-ного регулирования выходного напряжения позволяет без дополнительных средств по силовой цепи обеспечить защиту преобразователя от перегрузок по току.

Ф о р м у л а изобретения

1. Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное, включающим L мостовых инверторных ячеек с гальванически развязанными и соединенными последовательно выходами, причем ключи каждой инверторной ячейки образуют ее первую и вторую стойки, одним своим концом подключенные к первой шине питания.преобразователя, а другим концом — к второй шине, содержащее задающий генератор, выходом связанный с входом основного делителя частоты, основной 2L-канальный распределитель импульсов с парафазными выходами

Р,,Р « ..,Р1,Р;,...,Р,Р2 канале, входами связайный с выходами задающего генератора и основного делителя и обеспечивающий формирование напряжения на выходах этих ячеек с

1511833 паузой /3 между полуволнами н последовательный фазовый сдвиг на угол

Т/31, между полуволнами и последовательный фазовый сдвиг на угол й/ÇL между напряжениями ячеек, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения регулирования величины выходного напряжения, оно снабжено широкодиапазонным фазосдвигающим узлом, двумя дополнительными делителями частоты на L/n, где n - число импульсов на интервале ii/3 выходного напряжения, двумя дополнительными

L-канальными распределителями импульсов с парафазными выходами m т,,...,m; m, ...,m- ш и 1„,1(1

1,,1;,...,1,1, в каждом канале соответственно, а также аналогично выполненными логическими узлами, соединенными входами с соответствующими выходами соответствующих распределителей, а выходами предназначенными для соединения с управляющими входами соответствующей ключей соответствующих инверторных ячеек, причем входы первого дополнительного распределителя соединены с выходом задающего генератора непосредственно и через первый дополнительный делитель частоты, входы второго дополнительного распределителя подключены к выходу широкодиапазонного фазосдвигающего узла непосредственно и через второй дополнительный делитель частоты, вход фазосдвигающего узла соединен с выходом задающего генератора, а i-й логический узел из числа L указанных узлов, его связи с распределителями импульсов н с ключами

1-й инверторной ячейки определяются следующими логическими выражениями:

5 P;=P; P; <(m;1; +m;1;) — для ключа первой стойки,подключенного к первой шине пи10 тания; (1 ; = ф; - для ключа первой стойки,подключенного к второй шине пи15

y,=P Р (ш;1;+ш;1;) - для ключа вто1 рой стойки, подключенного к первой шине пи20 тания; — для ключа второй стойки,подключенного к второй шине пи25 тания, где i=1-Ü.

2. Устройство по п. 1, о т л нч а ю щ е е с я тем, что.при непосредственной связи основного делителя частоты с выходом задающего генератора, он выполнен с коэффициентом деления, равным ÇL.

3 Устройство по п 2 о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью

35 упрощения, вход основного делителя частоты связан с выходам задающего генератора через первый дополнительный делитель частоты и выполнен с каз4фициентам деления, равным Çn.

1511833

Х

Q 2K

2 цЖ

ЦЮ

2 цЮ

2 цИ

Ц2Е

И2, 1511833 м

Узц

Щ 03 а2 01

0 0

10 05

0,8 03

0 nay апет

1 !

11 )I ll

<8

< у ) 1511833

Со с тави тель О . Парфен о в а

Редактор А.Огар Техред N. Дидык Корректор С.Черни

Заказ 5910/56 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101