Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение

Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (1)997208 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 17; 07. 81 (21) 3317967/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 150283. Бюллетень ¹ 6 (51)М Кл з

Н 02 М 7/537

Государственный комитет

СССР

Ло делам изобретений и Ьткрытий

Щ) УДК 621. 314.

58 (088 8) Дата опубликования описания 150283 (72) Авторы изобретения

В.Т. Барабаш и В.В. Сазон.1,,,-.

Ф,", 4 >. --., /

Куйбышевокий институт инженеров .желеэнодорожного транспорта (71) Заявитель (54 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПЕРЕМЕННОЕ СИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение.

Известны преобразователи, содержа. щие широтнорегулируемый инвертор с выходным трансформатором и формирующим выходным фильтром (11.

При работе таких преобразователей на низкой частоте масса и габариты выходных трансформаторов и преобразователя в целом становятся большими.

Для устранения этого недостатка на входе инвертора включают высокочастотный коммутатор с высокочастотным трансформатором и выпрямителем12).

Однако многократное преобразова-. .ние в силовой цепи приводит к снижению КПД и сложности выполнения устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий в силовой части последовательно соединенные высокочастотный коммутатор и мостовой инвертор, выполненный на ключах переменного тока, а в системе управления — задающий генератор с выходным трансформатором, вторичные обмотки которого соединены с управляющими входами укаэанных ключей переменного тока, модулятор ширины импульсов и блок обратной связи, на один вход которого подключен выход формирователя опорного оинусоидального сигнала, а другой вход соединен с выходом преобразователя (3).

В этом преобразователе на выходе инвертора формируется двухполярное импульсное напряжение, в котором модуляции подвергается один фронт импульса. Вследствие этого коэффициент гармоник выходного напряжения данного преобразователя высок, а из-за значительных динамических потерь в ключах переменного тока инвертора преобразователь имеет низкий КПД.

Цель изобретения — повышение КПД и уменьшение коэффициента гармоник выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что указанный высокочастотный коммутатор выполнен на двух синхронизируемых инверторных.ячейках, указанн. модулятор ширины импульсов выполнен в виде двух магнитных усилителей, указанный блок обратной связи выпол нен с двумя гальванически связанными противофазными выходами, указаннып

997208 выходной трансформатор задающего генератора снабжен дополнительной обмоткой, отвод.от средней точки которой соединен с общим выводом выходов блока обратной связи, а крайние выводы через введенные ключи соединены с первыми выводами каждой из рабочих и управляющих обмоток магнитных усилителей, вторые выводы рабочих соединены с синхронизирующими входами инвекторных ячеек,а вторые выводы управ- 10 ляющих обмоток магнитных усилителей соединены с противофазными выходами блока обратной связи.

Кроме того, формирователь синусоидального опорного сигнала и задаю- 15 щий генератор могут быть соедийены между собой цепью взаимной синхронизации.

На фиг. 1 приведена схема предла-. гаемого преобразователя; на фиг. 2 — 2п временные диаграммы, поясняющие его работу, I

Преобразователь состоит из силовой части и системы управления. Силовая часть содержит высокочастотный 25 коммутатор, состоящий из двух идентичных высокочастотных синхронизируемых инверторных ячеек 1 и 2 с трансформаторами 3 и 4 и мостовой инвертор, выполненный на транзисторных ключах 30

5 - 8 переменного тока. Вторичные обмотки трансформаторов 3 и 4 соединены последовательно и подключены к .входной диагонали инвертора. Выходная диагональ инвертора через фильтр 35

9 подключена к нагрузке 10. Система управления содержит формирователь 11 опорного напряжения синусоидальной

Формы„блок 12 обратной связи, задаю щий генератор 13 с выходным трансформатором 14 и модулятор ширины импульсов в виде двух магнитных усилителей (МУ). МУ выполнены по схеме с. диодным разделением интервалов и используются в качестве фасосдвигающих Устройств. Их рабочие обмотки

15 — 18 через ограничивающие резисторы 19 — 22 подключены к синхронизирующим входам инверторных ячеек 1 и

2 и к дополнительной обмотке трансформатора 14. Управляющие обмотки 2326 МУ подсоединены к двум противофазным выходам блока обратной связи и к той же дополнительной обмотке 27 трансформатора 14 ° Третий, средний, выход блока обратной связи подключен к,отводу. от средней точки обмотки 27 трансформатора 14 и к положительному полюсу источника питания.

Входы блока обратной связи подключены к выходу формирователя 11 опор- 6Î ного напряжения и к выходу фильтра 9

Выходные обмотки трансформатора 14 подключены к управляющим входам ключей 5-8 переменного тока. Питание инверторных ячеек 1 и 2 задающего 65 генератора 13 производится от источника входного постоянного напряжения UI„ °

Схема работает следующим образом.

Задающий генератор 13 формирует на обмотках трансформатора 14 прямоуголь ные импульсы с длительностью полупериода Т,. На обмотке 27 относительно отвода от средней точки формируются прямоугольные импульсы напряжения противоположной полярности ." амплитудой пОн, где n — - коэффициент трансформации трансформатора 14.

Форма напряжения на обмотке 27 показана на фиг. 2а. Инверторные ячейки 1 и 2 работают в режиме синхронизации с частотой генератора 13.

Их синхронизация осуществляется через магнитные усилители. Напряжения

Uy и U4, формируемые на выходных обмотках трансформаторов 3 и 4 инверторных ячеек 1 и 2, сдвинуты по фазе относительно напряжения генератора 13 соответственно на время йд„ и tn (фиг. 2г, д), Когда полярность напряжения на обмотке 27 трансформатора 14 соответствует рабочим интервалам Му., к их рабочим обмоткам 15 и 17 или 16 и 18 через синхронизирующие входы ячеек 1 и 2, ограничивающие резисторы и открытые диоды прикладывается напряжение nU .

При этом сердечники соответствующих дросселей перемагничиваются от индукций В и Во4 до индукции насыщения В, где Воз и Во4начальные значения индукции, устанавливаемые в управляющих полупериодах (фиг; 2б.в

При насыщении сердечников ток в рабочей цепи МУ резко возрастает, что приводит к переключению ключей инверторных ячеек 1 и 2 и смене полярности их выходных напряжений U и Ч.

Время перемагничивания сердечнйков

Му от значений В и ВО4до В определяет временной сдвиг между импульсами» формируемыми генератором

13, и импульсами U> и U4. Время перемагничивания связано с параметрами сердечников соотношениями

+ 4 й,9 ьа = 1 u„8t, О)

Ь,ъ О зоъ +и ъ,ц ьЮ=и о„ж, Ы) 4 где Ир u Q — соответственно число витков рабочих обмоток и площадь поперечного сечения сердечников дросселей МУ. После насыщения сердечников дросселей и переключения ячеек

1 и 2 в течение оставшейся части рабочего интервала состояние схемы не изменяется.

В следующем полупериоде работы генератора 13 для сердечников, намаг997208

35 (7) ниченных до +Вэ, наступает управляющий интервал. В течение этого интервала к управляющим обмоткам 23 и 25 или 24 и 26 Иу прикладывается сумма напряжений nU и напряжения, формируемого на соответствующих выходах блока 12 обратной связи.

На выходах блока 12 относительно среднего вывода формируются противофазные управляющие напряжения U>

Эти напряжения по форме повторяют 10 синусоидальное опорное напряжение с периодом Т, а по величине пропорциональны разности между средними значениями выходного напряжения пре- . образоват я UЬ х и опорного напря- 15

Ьых жения U . B управляющих интервалах сердечни. ки Му размагничиваются от +В - до значений Врь и Во4. Величина В и Во4 определяются иэ соотношений

+Вэ Т

Ч@ @ - (4Г )Ч1 о

+58 1ч " Ч 25 о где W - число витков обмотки уп3

q равления..

После сложения выходных напряжений

О и U4 получим импульсное на- . 30 пряжение П,, (фиг. 2е), среднее

Ъ за Т значение которого равно

0 = „— J 0„И=Ям ."„ I 1 А% — f U>N, .(6) где in †;коэффициент трансформации ;трансформаторов 3 и 4.

Ключи:5-8 переменного тока управляются генератором 13. Одновременно включены либо ключи 5 и 8, либо б и 7.4О

Полярность импульсов напряжения U< в диагонали моста определяется полярностью управляющих напряжений, поэтому на выходе инвертора формируется импульсное напряжение U (фиг.2ж)45

Из выражения (5) с учетом выражений (1) — (4) имеем

1м

АЙВИ 56

4и К%

М )Ч . т . где . ч Т М среднее за Т„„ значение V, 55

Отсюда видно, что при принятых допущениях среднее за период значение выходного напряжения иивертора пропорционально среднему значению управляющего напряжения, т. е. полезная средняя составляющая U+ повторяет . . по форме среднюю составляющую напряжения управления. Поскольку U> по форме повторяет синусоидальное опорное напряжение, средняя составляющая

04 также изменяется по синусоидаль- 65 ному закону. После выделения этой составляющей фильтром 9 на выходе преобразователя получаем синусокдальное напряжение U ;„ c низким содержанием высоких гармоник (фиг. 2,3».

В предлагаемом преобразователе помимо пропорциональности между средними за Тм эначенияья выходного и опорного найряжения модуляции подвергаются оба- фронта импульсов 94 что соответствует модуляции третьего рода (ШИИ-3). Кроме того, поскольку переключение ключей 5-8 переменного тока инвертора происходит в моменты времени, когда к диагонали моста приложено нулевое напряжение, динамические потери на переключение ниже, а

КПД выше, чем в прототипе.

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение, содержащий в силб . вой части последовательно соединенные высдкочастотный кою утатор и мостЬ: вой инвертор, выполненный на ключах переменного тока, а в системе управления — задающей генератор с выходным трансформатором, вторичные обмотки которого соединены с управляю-. щими .входами указанных ключей переменного тока, модулятор ширины импульсов, блок обратной связи, на рдин вход которого подключен выход формирователя опорного сииусоидального сигнала, а другой вход соединен с выходом преобразователя, о.т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения коэффициента гармоник выходного напряжения; указаннь и высокочастотный коммутатор вцполнен на двух синхронизируемых инверторных ячейках, указанный модулятор ширины импульсов выполнен в ви- .де двух магнитных усилителей, указанный блок обратной связи выполнен с. двумя гальванически связанными про- . тивофазными выходами, указаннйй выходной трансформатор задающего генератора снабжен дополнительной обмоткой, отвод от средней точки которой соединен с общим выводом выходов блока обратной связи, а крайние выводы через введенные ключи соединены с первыьы выводами каждой из раббчих и управляющих обмоток магнитных усилителей, вторые выводы рабочих обмоток соединены с синхронизирующими входами инверторных ячеек, а вторые выводы управляющих обмоток магнитных усилителей соединены с противофазными выходами блока обратной связи. . 2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что фор997208 мирователь синусоидального опорного сигнала и задающий генератор соединены между собой цепью взаимной синхоонизации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Устройство преобразовательной техники. Киев, 1970, вып. 4, с. 114.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 492985, кл. Н 02 М 7/537, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2806495/24-07, кл. Н 02 М 7/537, 1979.

997208

+в

6»,„

В

Составитель В. Моин

Редактор Л. Алексеенко Техред Т.Маточка Корректор В. Бутяга

Заказ 955/75 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4