SU836739A1

SU836739A1 - Способ преобразовани посто нногоНАпР жЕНи B КВАзиСиНуСОидАльНОЕ

Info

Publication number: SU836739A1
Application number: SU772539110A
Authority: SU
Inventors: Геннадий Сергеевич Мыцык; Юрий Павлович Иванов
Original assignee: Московский Ордена Ленина Энергетическийинститут
Priority date: 1977-11-03
Filing date: 1977-11-03
Publication date: 1981-06-07

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения вторичных источников питания устройств электроавтоматики и электроприводов переменного тока, работающих как на переменную, так и на постоянную нагрузку в тех случаях, когда требуется согласование уровней напряжений питающей сети и потребителя, а также повышенное качество преобразованной электрической энергии (в смысле коэффициента гармоник выходного напряжения) и приемлемые массогабаритные показатели.вторичного источника.

Известно большое количество способов ' преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное. Наиболее рациональные способы преобразования - при помощи инверторов с уменьшением количества высших гармоник напряжения в самом инверторе, Т.е, до фильтрации [1] и [2].

Применение для этой цели выходных фильтров увеличивает массу, габариты устройства и снижает его КПД, особенно на низких частотах. Кроме того, применение фильтров ограничено из-за возможности возникновения резонансных явлений при питании от преобра зователей электродвигателей, нестабильности формы кривой напряжения в различных режимах.

, Совмещение в инверторе функций ^э инвертирования и формирования напряжения, близкого по форме к синусоид ал ь ному, позволяет избежать.отмеченных недостатков.

Наиболее близким к изобретению ^и по технической сущности является способ, по которому постоянное напряжение преобразуют в η прямоугольных идентичных по форме переменных напряжений, сдвигают эти переменные 15 напряжения относительно друг друга на фиксированный угол, а затем суммируют [3 ].

Однако устройство для осуществления этого способа имеет плохие 20 массо'габаритные показатели, так как для получения напряжения, близкого по форме к синусоидальному, требуется осуществить суммирование большого числа прямоугольных пере25 Менных напряжений. Кроме того, по данному способу осуществляется геометрическое суммирование векторов напряжений с большими фазовыми сдвигами между/ними. В результате увели30 чивается установленная мощность эле ментов и узлов устройства и масса устройства по сравнению с тем способом, 'когда осуществляется.зуммирование коллинеарных векторов.

Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей устройства, реализующего способ при получении выходного напряжения высокого качества.

Это достигается тем, что согласно способу преобразования постояннего напряжения в квазисинусоидальное путем получения η идентичных по форме переменных напряжений, сдвинутых относительно друг друга на.фиксированный угол, и последующего их , суммирования, постоянное напряжение ¹⁵преобразуют в высокочастотное с частотой, кратной частоте указанного квазисинусоидального напряжения, затем осуществляют его амплитудноимпульсную модуляцию и выделение 20 посредством демодуляции напряжения многоступенчатой формы с равномерными- интервалами квантования erQ уровней, причем угол сдвига фаз между двумя смежными многоступенчатыми 25 напряжениями выбирают равным t^/n где t_u- длительность интервалов квантования уровней многоступенча того напряжения.

На фиг.1 изображена блок-схема 20 преобразователя, реализующего предлагаемый способ (вариант); на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя; на фиг.З - упрощенная модификация пре- 25 образователя (вариант).

Принцип формирования управляющих сигналов ключей однофазного.инвертора и коммутатора при формировании кривых выходного напряжения по предлагаемому способу посредством 40 преобразователя (фиг.1) поясняется временными диаграммами на фиг.2, сигналы управления, подаваемые на управляющие 45 входа ключей однофазного инвергде тора;

U - высокочастотное напряжение на пер- 50 вичной обмотке трансформатора;

- , Wig-- U_2o~ сигналы управления, подаваемые на управляющие 55 входы ключей комj ц мутатора;

U_K -U_H - многоступенчатые напряжения выходной частоты, сдвинутые относи- 60 тельно друг друга на угол ij/3?

Цц, - выходное напряжение преобразователя, 65

Способ осуществляется следующим образом.

Постоянное напряжение преобразуют в высокочастотное напряжение U-rp (фиг,2б) с частотой, кратной частоте выходного напряжения преобразователя U_w (фиг'. 2д). Далее осуществляют амплитудно-импульсную модуляцию высокочастотного переменного напряжения ϋγρ и выделение, например трех (п=3) напряжений многоступенчатой формы uj —и^-’( число ступеней для примера выбирают тоже равным трем, см.. фиг.2г) с равновременными интервалами квантования (t_M) его уровней. I ш

Сдвигая напряжения U_m-Uh относительно друг друга на угол t^=tn/3 и суммируя эти три напряжения, на выходе преобразователя формируют, квазисинусоидальное напряжение U_M(фиг.2д) с улучшенным гармоническим составом.

При этом следует отметить, что величина фазового сдвига- между двумя смежными многоступенчатыми напряжениями определяется числом η суммируемых напряжений и равна Ъ<^=Ъ_и/и. Увеличивая рабочую частоту преобразования т.е. частоту напряжения U _тр (фиг.26) , можно существенно улучшить массогабаритные показатели устройства, реализующего способ .

В случаях получения повышенных выходных мощностей при ограниченных возможностях элементной базы рациональным может быть расчленение преобразователя на η параллельных каналов с последовательным соединением их выходов (фиг.1). Преобразователь (фиг.1) содержит три идентичных параллельных канала. Каждый канал включает в себя однофазный мостовой инвертор 1 с четырьмя . ключами 2-5, образующими две его стойки. Инвертор 1 нагружен на первичную ·обмотку согласующего трансформатора 7. Его вторичная обмотка одной из своих отпаек 8 непосредственно, а другими отпайками 914 через ключи 15-20 коммутатора 21 •соединена с выходными выводами канала.

Выхода всех трех каналов соединены последовательно. За счет сдвига на соответствующие фиксированные фазовые углы выходных напряжений каналов можно получить существенно меньшие искажения результирующего выходного напряжения преобразователя по сравнению с искажениями выходного напряжения любого из каналов.

Блок-схема (фиг.1) содержит такт же однофазные инверторы 22 и 23, согласующие высокочастотные трансформаторы 24 и 25, коммутаторы 26 и 27, фазосмещающёе устройство 28 и системы 29-31 управления каналов .

Фазосмещающее устройство 28 обеспечивает фазовый сдвиг выходных напряжений Uh “^ии^Ш каналов. Системы 29-31 управления каналов формируют сигналы управления ключами однофазных инверторов и коммутаторов.

Принцип формирования управляющих сигналов преобразователя, показанного на фиг.1, поясняется, на примере формирования напряжения uj (фиг.2ав) .

Каждый интервал квантования (t«) уровней выходного напряжения и* канала разбиваютj для примера на шесть 15 подинтервалов. На подинтервалах t_o— , t₂-t,, и t₄~t_F Формируют отпирающие импульсы для ключей 2,5 однофазного инвертора 1 и ключа 18 коммутатора 21, а на подинтервалах 20 t_d-t₂, t^-t^ формируют отпирающие импульсы для ключей 3,4 однофазного инвертора i и ключа 18 коммутатора 21. При этом в первичной обмотке 6 трансфФрматора 7 форми- 25 руют переменное напряжение , на выходе канала формируют последовательность прямоугольных импульсов, представляющих'· первую ступень выходного напряжения U*. канала·. Формирование напряжений U^ г θ® ^на выходе bto-’'^jрого и третьего каналов осуществляют аналогично.

Предлагаемый способ может, быть' реализован различными устройствами, имеющими и иную структуру. Например, ’5 в преобразователе, блок-схема которого приведена на фиг.3, преобразование постоянного напряжения в высокочастотное переменное происходит в одном канале с последующей модуляцией 40 и демодуляцией этого переменного напряжения в η параллельных каналах.

Предлагаемый способ позволяет существенно улучшить массогабаритные показатели устройства в целом, в первую очередь за счет повышенная частоты преобразования. Так, в рассматриваемом диапазоне частот до 10 кГц применение сердечников из пермалоя позволяет уменьшить массу трансформатора в три-четыре раза. При^эи этом общая масса устройства уменьшается на 30-40%.

Уменьшение установленной мощности происходит также за счет того, что по предлагаемому способу осуществля, ется геометрическое суммирование секторов с‘фазовыми сдвигами между ними существенно меньшими, чем в известном устройстве [з].

Claims

(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ ментов и узлов устройства и масса устройства по сравнению с тем спосо бом, когда осуществл етс . :;у: 4мирование коллинеарных векторов. Цель изобретени - улучшение мас согабаритных показателей устройства реализующего способ при получении выходного напр жени высокого ка чества. Это достигаетс тем, что согласно способу преобразовани посто нного напр жени в квазисинусоидальное путем получени п идентичных по форме переменных напр жений, сдв нутых относительно друг друга на.фи сированный угол, и последующего их суммировани , посто нное напр жение преобразуют в высокочастотное с частотой, кратной частоте указанного квазисинусоидального напр жени , затем осуществл ют его амплитудноимпульсную модул цию и выделение посредством демодул ции напр жени многоступенчатой формы с равномерны ми- интервалами квантовани ег9 уров ней, причем угол сдвига фаз между двум смежными многоступенчатыми напр жени ми выбирают равным где длительность интервалов квантовани уровней многоступенчатого напр жени . На фиг.1 изображена блок-схема преобразовател , реализующего предлагаемый способ (вариант); на фиг,2 временные диаграммы, по сн ющие при цип работы преобразовател ; на фиг.З - упрощенна модификаци преобразовател (вариант). Принцип формировани управл ющих сигналов ключей однофазного.ин вертора и коммутатора при формировании кривых выходного напр жени по предлагаемому способу посредство преобразовател (фиг.1) по сн етс временнЕлми диаграммами на фиг.З, где и„-, . сигналы управле ни , подаваемые на управл ющие входы ключей однофазного инвертора ; и - высокочастотное напр жение на пе вичной обмотке трансформатора; ч . .-Uj - сигналы управлени , подаваемые на управл ющие входы ключей ком мутатора; многое тупё нчатые напр жени выход ной частоты, сдвинутые относи тельно друг друг на угол V3; выходное напр жение преобразо вател . Способ осуществл етс следующим образом. Посто нное напр жение преобразуют в высокочастотное напр жение U-fp (фиг, 26) с частотой, кратной частоте выходного напр жени преобразовател Uf (фиг.. 2д). Далее осуществл ют амплитудно-импульсную модул цию высокочастотного переменного напр жени U и выделение, например трех () напр у ений многоступенчатой формы и ( число ступеней дл примера выбирают тоже равным трем, см.. фиг.2г) с разновременными интервалами квантовани (t) его уровней,i ш Сдвига напр жени Uf,-U относительно друг друга на угол ,/3 и суммиру эти три напр жени , на выходе преобразовател формируют, квазисинусоидальное напр жение Оц (фиг.2д) с улучшенным гармоническим составом. При этом следует отметить, что величина фазового сдвига- между двум смежными многоступенчатыми напр жени ми определ етс числом п суммируемых напр жений и равна t.tn/H. Увеличива рабочуго частоту преобразовани т.е. частоту напр жени UTP (фиг,26), можно существенно улучшить массогабаритные показатели устройства, реализующего способ . В случа х получени повышенных выходных мощностей при ограниченных возможност х элзментной базы рационапьным может быть расчленение преобразовател на п параллельных каналов с последовательным соединением их выходов (фиг.1). Преобразователь (фиг,1) содержит три идентичных параллельных канала. Каждый канал включает в себ однофазный мостовой инвертор 1 с четырьм . ключами 2-5, образующими две его стойки. Инвертор 1 нагружен на первичную обмотку согласующего трансформатора 7, ЕГО вторична обмотка одной из .своих отпаек 8 непосредственно , а другими отпайками 914 через ключи 15-20 коммутатора 21 соединена с выходными выводами канала .. Выходы всех трех каналов соединены последовательно. За счет сдвига на соответствующие фиксированные фазовые углы выходных напр жений каналов можно получить существенно меньшие искажени реаультирующего выходного напр жени преобразовател по сравнению с искажени ми выходного напр жени любого из каналов . Влок-схема (фиг.1) содержит такт же однофазные инверторы 22 и 23, согласующие высокочастотные трансформаторы 24 и 25, коммутаторы 26 и 27, фазосмещающёе устройство 28 и системы 29-31 управлени каналов . Фазосмещающее устройство 28 обеспечивает фазовый сдвиг выходных напр жений UH ц каналов. Системы 29-31 управлени каналов формируют сигналы управлени ключами однофазных инверторов и коммутаторо Принцип формировани управл ющих сигналов преобразовател , показанно го на фиг.1, по сн етс , на примере формировани напр жени uj (фиг.2а в) . Каждый интервал квантовани ( уровней выходного напр жени и канала разбивают, дл примера на шест подинтервалов. На подинтервалах , tj-t, и t.-tg- Формируют отпирающие импульсы дл .ключей 2,5 од нофазного инвертора 1 и ключа 18 коммутатора 21 а на подинтервалах , tg.- формируют ОТПИ рающие импульсы дл ключей 3,4 однофазного . инвертора i и ключа 18 коммутатора 21. При этом в первичной обмотке 6 трансфбрматора 7 формируют переменное напр жение U , на выходе канала формируют последовател ность пр моугольных импульсов, предст1авр ющих первую ступень выходного напр жени uj . канала-. Формирова ние напр жений U, г нs выходе вт рого и третьего каналов осуществл ют аналогично. . . Предлагаемый способ может, быть реализован различными устройствами, имеющими и иную структуру. Например в преобразователе, блок схема которого приведена на фиг.3, преобразова ние посто .ннрго Нч1пр жени в высокочастотное переменное происходит в одном канале с последующей модул цие и демодул цией этого переменного нап р жени в п параллельных каналах. Предлагаемый способ позвол ет существенно улучшить массогабаритные показатели устройства в целом, в первую очередь за счет повышенна частоты преобразовани . Так в рассматриваемом диапазоне частот до 10 кГц применение сердечников из пермало позвол ет уменьшить массу трансформатора в три-четыре раза. Пр этом обща масса устройства уменьшаетс на 30-40%. . Уменьшение установленной мощности происходиттакже за счет того, что по предлагаемому способу осущестал етс геометрическое суммирование секторов сфазовыми сдвигами между ними существенно меньшими, чем в известйом устройстве з. Формула изобретени- Способ преобразовани посто нного напр жени в квазисинусоидальное путем получени п идентичных по форме переменных напр жений, сдвинутых относительно друг друга на фиксированный угол, и последующего их суммировани , отличающийс |тем, что, с целью улучшени массогабаритных показателей устройства, реализующего способ, дл получени каждого из указанных переменных напр жений посто нное напр жение преобразуют в высокочастотное с частотой , кратной частоте указанного квазисинусоидальногб напр жени , затем осуществл ют его амплит.удно-импульсную модул цию и выделение посредством демодул ции напр жени многоступенчатой формы с равновременными интер- валами квантовани его.уровней, причем угол сдвига между двум смежными многоступенчатыми напр жени ми выбирают равным , где длительность интервалов квантовани уровней многоступенчатого напр жени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Константинов В.Г. Многофазные преобразователи на транзисторах. М., Энерги , 1972, с.96.
2.Чиженко И.М. и др. Основы преобразовательной техники г N., Высша кола, 1974, с. 430.
3.Руденко B.C. и др. Разработка и исследование тиристорного преобразовател частоты с улучшенной формой выходного напр жени .-Сб. Современные задачи преобразовательной техники , ч.4-Киев: Наукова думка, 1975, с.126-135.

fo k

б Vrp,

V,8

%

% ViO Utf

836739