ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ
DC VOLTAGE CONVERTER WITH VARIABLE STRUCTURE

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока.
Известны технические решения преобразователей напряжения постоянного тока (см. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992. с 123-145), выполненные на полупроводниковых приборах, которые осуществляют преобразование напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока. Недостатками преобразователей являются низкие показатели надежности.
В качестве прототипа выбрана схема матричного типа с переменной структурой (см. Кобзев А.В. Модуляционные источники питания РЭА - Томск: Радио и связь, томский отдел, 1990. рис.1.17), которая содержит выпрямитель, систему управления, два входных фильтра, силовые ключи и две группы инверторов. Недостатком схемы является то, что система управления обеспечивает только последовательное или параллельное соединение двух групп инверторов по входу.
Техническим решением задачи является расширение функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения параллельного или последовательного соединения двух групп инверторов, как по входу, так и по выходу.
Поставленная задача достигается тем, что преобразователь напряжения постоянного тока с переменной структурой содержит входные фильтры, силовые ключи, инверторы, входящие в состав инверторных блоков, систему управления, согласно изобретению содержит первый, второй и третий входные и первый, второй, третий и четвертый выходные силовые ключи, причем к первому входу преобразователя подключены первый вывод первого входного силового ключа, первый вывод первого входного фильтра, положительные входы первого и второго инверторов первого инверторного блока и первый вход системы управления, ко второму входу преобразователя подключены первый вывод второго входного силового ключа, первый вывод второго входного фильтра, отрицательные входы первого и второго инверторов второго инверторного блока и второй вход системы управления, ко второму выводу первого входного силового ключа подключен первый вывод третьего входного силового ключа, первый вывод второго входного фильтра и положительные входы первого и второго инверторов второго инверторного блока, ко второму выводу второго входного силового ключа подключены второй вывод третьего входного силового ключа, второй вывод первого входного фильтра, отрицательные входы первого и второго инверторов первого инверторного блока, первые выходы первого и второго инверторов первого инверторного блока подключены к второму выходу преобразователя через первый выходной силовой ключ, ко второму выходу преобразователя также подключены через четвертый выходной силовой ключ первые выходы первого и второго инверторов второго инверторного блока, а также ко второму выходу подключен четвертый вход системы управления, вторые выходы первых инверторов первого и второго инверторных блоков объединены и подключены к первым выводам второго и третьего выходных силовых ключей, вторые выходы вторых инверторов первого и второго инверторных блоков объединены с замыкающими контактами второго и третьего выходных силовых ключей и подключены к первому выходу преобразователя, а также к первому выходу преобразователя подключен третий вход системы управления, размыкающие контакты второго и третьего выходных силовых ключей объединены и подключены к второму выходу преобразователя, первый, второй и третий, четвертый выходы системы управления подключены к третьим входам первых и вторых инверторов первого и второго инверторных блоков соответственно.
Новизна технического решения заключается в том, что система управления позволяет включать входы инверторных блоков последовательно или параллельно, изменяя величину входного напряжения преобразователя, а также выходы инверторов инверторных блоков последовательно или параллельно, изменяя величину выходного напряжения преобразователя, тем самым обеспечивая расширение функциональных возможностей преобразователя напряжения постоянного тока.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема преобразователя напряжения постоянного тока с переменной структурой.
Преобразователь напряжения постоянного тока с переменной структурой содержит: входные выводы 1 и 2, к которым подключается источник напряжения постоянного тока, выходные выводы 3 и 4, к которым подключается нагрузка, работающая на переменном токе, входные силовые ключи 5, 6, 7, входные фильтры 8, 9, инверторные блоки 10 и 11, содержащие инверторы 12, 13 и 14, 15 соответственно, выходные силовые ключи 16, 17 и 18, 19, систему управления 20. Входные силовые ключи 5, 6, 7 предназначены для подключения инверторных блоков 10, 11 параллельно или последовательно к источнику напряжения постоянного тока. Выходные силовые ключи 16, 17 и 18, 19 предназначены для включения инверторов 12, 13 и 14, 15 инверторных блоков 10, 11 на параллельную или последовательную работу. Система управления 20 предназначена для управления работой силовых ключей и синхронизации работы инверторов. К входу 1 преобразователя подключены первый вывод входного силового ключа 5, первый вывод входного фильтра 8, положительные входы инверторов 12 и 13 и первый вход системы управления 20. Ко второму входу 2 преобразователя подключены первый вывод входного силового ключа 7, первый вывод входного фильтра 9, отрицательные входы инверторов 14 и 15 и второй вход системы управления 20. Ко второму выводу входного силового ключа 5 подключен первый вывод силового ключа 6, второй вывод входного фильтра 9 и положительные входы инверторов 14 и 15. Ко второму выводу входного силового ключа 7 подключены второй вывод входного силового ключа 6, второй вывод входного фильтра 8, отрицательные входы инверторов 12 и 13. Первые выходы инверторов 12 и 13 через выходной силовой ключ 18 и первые выходы инверторов 14 и 15 через выходной силовой ключ 19 подключены к выходу 4 преобразователя. Вторые выходы инверторов 12 и 14 объединены и подключены к первым выводам выходных силовых ключей 16 и 17, которые через замкнутые контакты соединены с выходом 4 преобразователя, а через замыкающие контакты выходных силовых ключей 16 и 17 соединены со вторыми выходами инверторов 13 и 14 и выходом 3 преобразователя. Третий и четвертый входы системы управления 20 подключены к выходным выводам 3 и 4 преобразователя соответственно, первый, второй, третий и четвертый выходы системы управления 20 подключены к третьим входам инверторов 12-15 соответственно.
Преобразователь напряжения постоянного тока с переменной структурой работает следующим образом. При включении входных силовых ключей 5 и 7, посредством системы управления 20, входы инверторных блоков 10 и 11 включаются параллельно, а при замыкании входного силового ключа 6, и размыкании входных силовых ключей 5 и 7, входы инверторных блоков 10 и 11 включаются последовательно. При положении выходных силовых ключей 16, 17 и 18, 19, как показано на фиг.1, выходы инверторов 12, 13 и 14, 15 соединены.последовательно, а при срабатывании выходных силовых ключей 16, 17 и замыкании выходных силовых ключей 18, 19 выходы инверторов 12, 13 и 14, 15 включаются параллельно.
Изменение подключения входов инверторных блоков 10 и 11 с параллельного соединения в последовательное и обратно позволяет применять преобразователь для работы с источниками напряжения постоянного тока с различными уровнем напряжения, а изменение подключения выходов инверторов 12, 13 и 14, 15 инверторных блоков 10 и 11 с последовательного соединения в параллельное и обратно позволяет изменять величину выходного напряжения преобразователя независимо от уровня напряжения источника питания постоянного тока, тем самым расширяются функциональные возможности преобразователя напряжения постоянного тока.
По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.