преобразователь напряжения постоянного тока с промежуточным звеном повышенной частоты

Формула изобретения

Преобразователь напряжения постоянного тока с промежуточным звеном повышенной частоты содержит однофазный инверторный мост, трансформатор, диоды, включенные встречно-параллельно эмиттер-коллекторным переходам транзисторов, и входной конденсатор, отличающийся тем, что имеет систему управления транзисторами инверторного моста, содержащую генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, трансформаторно-выпрямительный блок, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с трансформаторно-выпрямительным блоком; выход формирователя импульсов соединен с входом распределителя импульсов, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым усилителями импульсов; также имеет трансформатор, вторичная обмотка которого содержит среднюю точку; реверсивный выпрямитель, выполненный на двух парах встречно-параллельно включенных тиристоров, выходной фильтр и систему управления тиристорами реверсивного выпрямителя, содержащую блок синхронизации, задающий генератор, генератор типа кривой, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределитель импульсов, первый, второй, третий и четвертый усилители импульсов, причем выход блока синхронизации соединен с вторыми входами первого и второго логических элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора типа кривой, вход которого соединен с выходом задающего генератора, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входом первого и второго распределителя импульсов соответственно, первый и второй выход первого распределителя импульсов, первый и второй выход второго распределителя импульсов подключены к первому, второму, третьему и четвертому усилителям импульсов соответственно, причем к входным зажимам инвертора, подключаемым к источнику постоянного тока, присоединен вход инверторного моста, а его выход - к первичной обмотке трансформатора, причем начало вторичной обмотки соединено с входом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров, выход которых через первый вход фильтра соединен с первым выходным зажимом преобразователя, конец второй обмотки трансформатора соединен с началом третьего и четвертого встречно-параллельно соединенных тиристоров, выход которых объединен с выходом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров; средняя точка вторичной обмотки трансформатора через второй вход фильтра соединена с вторым выходным зажимом инвертора, вход трансформаторно-выпрямительного блока подключен к первому и второму выходам инвертора, первый и второй входы блока синхронизации соединены со средней точкой и выходом вторичной обмотки трансформатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для преобразования постоянного тока в стабилизированное напряжение переменного тока.

Известный преобразователь напряжения (а.с. SU № 944027, кл МПК H02M 7/48) содержит однофазный инвертор, многосекционный трансформатор, ключи переменного тока. Недостатками являются низкое качество выходного напряжения и сложность системы управления.

Наиболее близким по техническому решению является устройство, содержащее два однофазных инверторных моста, трансформатор, диоды, включенные встречно-параллельно эмиттер-коллекторным переходам транзисторов, и входной конденсатор инвертора (свидетельство на полезную модель № 16888, М.кл. H02M 7/48).

Недостатками преобразователя являются большая масса и габариты.

Техническим решением является улучшение массогабаритных показателей за счет промежуточного звена повышенной частоты.

Поставленная задача достигается тем, что преобразователь напряжения постоянного тока с промежуточным звеном повышенной частоты, содержащий однофазный инверторный мост, трансформатор, диоды, включенные встречно-параллельно эмиттер-коллекторным переходам транзисторов, и входной конденсатор, согласно изобретению имеет систему управления транзисторами инверторного моста, содержащую генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, трансформаторно-выпрямительный блок, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с трансформаторно-выпрямительным блоком, выход формирователя импульсов соединен со входом распределителя импульсов, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым усилителями импульсов, также имеет трансформатор, вторичная обмотка которого содержит среднюю точку, реверсивный выпрямитель выполненный на двух парах встречно-параллельно включенных тиристоров, выходной фильтр и систему управления тиристорами реверсивного выпрямителя, содержащую блок синхронизации, задающий генератор, генератор типа кривой, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов, первый, второй, третий и четвертый усилители импульсов, причем выход блока синхронизации соединен со вторыми входами первого и второго логических элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора типа кривой, вход которого соединен с выходом задающего генератора, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входом первого и второго распределителей импульсов соответственно, первый и второй выходы первого распределителя импульсов, первый и второй выходы второго распределителя импульсов подключены к первому, второму, третьему и четвертому усилителям импульсов соответственно, причем к входным зажимам инвертора, подключаемым к источнику постоянного тока, присоединен вход инверторного моста, а его выход к - первичной обмотке трансформатора, причем начало вторичной обмотки соединено с входом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров, выходы которых через первый вход фильтра соединен с первым выходным зажимом преобразователя, конец второй обмотки трансформатора соединен с началом третьего и четвертого встречно-параллельно соединенных тиристоров, выход которых объединен с выходом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров, средняя точка вторичной обмотки трансформатора через второй вход фильтра соединена со вторым выходным зажимом инвертора, вход трансформаторно-выпрямительного блока подключен к первому и второму выходам инвертора, первый и второй входы блока синхронизации соединены со средней точкой и выходом вторичной обмотки трансформатора.

Новизна технического решения заключается в том, что в составе преобразователя применяются две системы управления, первая формирует через инверторный мост высокочастотный сигнал переменного тока, а вторая через реверсивный выпрямитель, питание которого осуществляется от вторичной обмотки трансформатора, содержащего среднюю точку, обеспечивает стабилизированное выходное напряжение пониженной частоты.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленных на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения техническому уровню изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема инвертора; на фиг.2 - диаграмма напряжений, поясняющая принцип работы трехфазного инвертора.

Преобразователь содержит однофазный инверторный мост 1, выполненный на транзисторах 2-5 и диодах 6-9; однофазный трансформатор 10, вторичная обмотка которого содержит среднюю точку; реверсивный выпрямитель 11, выполненный на тиристорах 12-15, включенных встречно-параллельно; входной 16 и выходной 17 фильтры, причем к входным зажимам преобразователей 18 и 19 присоединяется вход инверторного моста 1, а его выход к первичной обмотке 20 трансформатора 10, вторичная обмотка которого имеет среднюю точку, диоды 6-9 включены встречно-параллельно эмиттер-коллекторным переходам транзисторов 2-5; также к входным зажимам присоединен входной фильтр 16; начало вторичной обмотки 21 соединено с входом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров 12 и 13, конец вторичной обмотки 22 трансформатора соединен с началом третьего и четвертого встречно-параллельно соединенных тиристоров 14 и 15; выходы тиристоров объединены и через первый вход выходного фильтра 17 соединены с первым выходным зажимом преобразователя 23; ко второму выходному зажиму 24 через второй вход выходного фильтра 17 присоединена средняя точка 25 трансформатора 10. Система управления инверторного моста 26 содержит генератор пилообразного напряжения 27, формирователь импульсов 28, трансфоматорно-выпрямительный блок 29, распределитель импульсов 30, первый и второй усилители импульсов 31 и 32, причем выход генератора пилообразного напряжения 27 соединен с первым входом формирователя импульсов 28, второй вход которого через трансформаторно-выпрямительный блок 29 соединен с выходными зажимами преобразователей 23 и 24, выход формирователя импульсов 28 через распределитель импульсов 30 и усилители импульсов 31 и 32 соединен с управляющими электродами транзисторов 2-5 инверторного моста. Система управления реверсивного выпрямителя 33 содержит блок синхронизации 34, задающий генератор 35, генератор типа кривой 36, первый 37 и второй 38 логические элементы И, первый 39 и второй 40 распределители импульсов, первый 41, второй 42, третий 43 и четвертый 44 усилители импульсов, причем первый и второй входы блока синхронизации 34 соединены со средней точкой 25 и концом 22 вторичной обмотки трансформатора 10, а его выход соединен со вторыми входами первого и второго логических элементов И 37 и 38, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора 36 типа кривой, вход которого соединен с выходом задающего генератора 35, выходы первого и второго логических элементов И 37 и 38 соединены с входом первого и второго распределителей импульсов 39 и 40 соответственно, первый и второй выходы первого распределителя импульсов 39, первый и второй входы второго распределителя импульсов 40 через первый 41, второй 42, третий 43 и четвертый 44 усилители импульсов соединены с управляющими электродами первого 12, третьего 14, второго 13 и четвертого 15 тиристоров соответственно.

Преобразователь работает следующим образом. Напряжение постоянного тока от источника поступает на вход инверторного моста 1, на выходе которого формируется переменное высокочастотное напряжение u₁ (фиг.2, д), которое поступает на первичную обмотку 20 и преобразуется до требуемого уровня, необходимого для нагрузки. Реверсивный выпрямитель 11 понижает частоту источника, а выходной фильтр 17 сглаживает высшие гармоники, обеспечивая требуемое качество выходного напряжения.

Система управления инверторным мостом 26 работает следующим образом. Генератор пилообразного напряжения 27 генерирует опорный сигнал u_гпн, который поступает на формирователь импульсов 28 (фиг.2, а). На второй вход формирователя импульсов 28 поступает ведущий сигнал u_твб от трансформаторно-выпрямительного блока 29 (фиг.2, а). В случае, когда u_гпн>u _твб, формируется управляющий сигнал u_фи1 (фиг.2, б), который через распределитель импульсов 30 и усилители импульсов 31 и 32 поступает на управляющие электроды транзисторов 2, 5 или 3, 4 (фиг.2, в, г). Система управления реверсивным выпрямителем 33 работает следующим образом. Задающий генератор 35 формирует низкочастотный сигнал синусоидальной формы, соответствующий частоте нагрузки (фиг.2, е), который поступает на вход генератора типа кривой 36, на выходе генератора формируются импульсы, соответствующие положительной и отрицательной полуволнам задающего генератора (фиг.2,ж). Сигналы с выхода генератора 36 типа кривой подаются на первые входы логических элементов И 37 и 38 соответственно, на второй вход которых поступает сигнал, синхронизированный с напряжением источника питания (фиг.2,з) через блок синхронизации 34. При положительной полярности низкочастотного выходного напряжения срабатывает логический элемент И 37 и импульсы управления через первое распределительное устройство 39 и усилители импульсов 41, 42 поступают на управляющие электроды тиристоров 12 и 14 силовой схемы реверсивного выпрямителя 11 и на выходе преобразователя формируются положительные полуволны u₂ (фиг.2, и, 0÷ ). При отрицательной полярности срабатывает логический элемент И 38 и импульсы управления через второе распределительное устройство 40 и усилители импульсов 43, 44 поступают на управляющие электроды тиристоров 13 и 15 силовой схемы реверсивного выпрямителя 11 и на выходе преобразователя формируется положительная полуволна из (фиг.2, и, ÷2 ). Выходной фильтр 17 подавляет высшие гармоники и на выводах формируется низкочастотный сигнал из (фиг.2, и).

К примеру, при уменьшении напряжения на выходе инвертора сигнал u_твб уменьшается (фиг.2, к) и, как следствие, уменьшается угол управления транзисторами ₁ (фиг.2, л), тем самым увеличивая время открытого состояния транзисторов схемы инвертирования, что увеличивает величину напряжения u₁ (фиг.2, м) и соответственно увеличивается и величина выходного напряжения инвертора u' ₂.

Использование в составе преобразователя двух систем управления позволяет улучшить массогабаритные показатели за счет использования высокочастотных узлов.