RU2421871C1

RU2421871C1 - Self-commutated inverter with pulse-width modulation of output voltage

Info

Publication number: RU2421871C1
Application number: RU2010119202/07A
Authority: RU
Inventors: Олег Владимирович Григораш (RU); Олег Владимирович Григораш; Юрий Петрович Степура (RU); Юрий Петрович Степура; Антон Евгеньевич Усков (RU); Антон Евгеньевич Усков; Юрий Николаевич Тонкошкуров (RU); Юрий Николаевич Тонкошкуров; Артем Эдуардович Сулейманов (RU); Артем Эдуардович Сулейманов
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-06-20

Abstract

FIELD: electricity. ^ SUBSTANCE: self-commutated inverter with pulse-width modulation of output voltage includes bridge diagram of inverter, output L-shaped LC-filter and differs by the fact that it has control system containing transformer-rectifier unit, sawtooth-voltage generator, pulse shaper, sine voltage master generator, curve-type generator, the first and the second AND logic elements, the first and the second distributing-amplifying units; at that, the first and the second inputs of transformer-rectifier units are connected to the first and the second outputs of self-commutated inverter, and its output is connected to the first input of pulse shaper, the second input of which is connected to output of sawtooth-voltage generator; output of pulse shaper is connected to the first inputs of the first and the second AND logic elements, the second inputs of which are connected through the first and the second inputs of curve-type generator to output of sine voltage master generator; outputs of the first and the second AND logic elements are connected to inputs of the first and the second distributing-amplifying units respectively; the first and the second outputs of the first and the second amplifying-distributing units are connected to control inputs of transistors of bridge diagram of single-phase voltage inverter. ^ EFFECT: improved stability. ^ 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электроснабжения, преобразующие напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока.The invention relates to electrical engineering, in particular to sources of secondary power supply, converting DC voltage to AC voltage.

В известных автономных инверторах с широтно-импульсной модуляцией (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М: Энергоатомиздат, 1992, рис.3.27, с.161), стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет геометрического сложения напряжений двух автономных инверторов. Недостатками такого способа являются: большая масса и габариты преобразователя, низкое КПД и надежность работы.In well-known autonomous inverters with pulse-width modulation (Rozanov Yu.K. Fundamentals of power electronics. - M: Energoatomizdat, 1992, Fig.3.27, p.161), the output voltage is stabilized due to the geometric summation of the voltages of two autonomous inverters. The disadvantages of this method are: the large mass and dimensions of the Converter, low efficiency and reliability.

Наиболее близким по техническому решению является однофазный автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией, содержащий мостовою схему инвертора, выполненную на транзисторах и выходной Г-образный LC-фильтр (Розанов Ю.К. Полупроводниковые преобразователи со звеном повышенной частоты. - М: Энергоатомиздат, 1987, рис.3.10, с.136).The closest in technical solution is a single-phase autonomous voltage inverter with pulse-width modulation, containing a bridge circuit of the inverter made on transistors and an output L-shaped LC filter (Rozanov Yu.K. Semiconductor converters with a high-frequency component. - M: Energoatomizdat, 1987, Fig. 3.10, p. 136).

Недостатком автономного инвертора напряжения является то, что его система управления не обеспечивает стабилизацию выходного напряжения.The disadvantage of a stand-alone voltage inverter is that its control system does not stabilize the output voltage.

Техническим решением поставленной задачи является обеспечение стабилизации выходного напряжения автономного инвертора напряжения.The technical solution to this problem is to ensure the stabilization of the output voltage of an autonomous voltage inverter.

Поставленная задача достигается тем, что автономный инвертор с широкоимпульсной модуляцией выходного напряжения, содержащий мостовую схему инвертора, выходной Г-образный LC-фильтр, согласно изобретению имеет систему управления, содержащую трансформаторно-выпрямительный блок, генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, задающий генератор синусоидального напряжения, генератор типа кривой, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределительно-усилительные блоки, причем первый и второй входы трансформаторно-выпрямительного блока соединены с первым и вторым выходами автономного инвертора, а его выход соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, выход формирователя импульсов соединен с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых через первый и второй входы генератора типа кривой соединены с выходом задающего генератора синусоидального напряжения, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входами первого и второго распределительно-усилительных блоков соответственно, первый и второй выходы первого и второго усилительно-распределительных блоков соединены с управляющими входами транзисторов мостовой схемы однофазного инвертора напряжения. Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что в составе системы управления используется трансформаторно-выпрямительный блок, задающий генератор, генератор типа кривой, генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, логические элементы И, распределительно-усилительные блоки, причем трансформаторно-выпрямительный блок выполняет функцию ведущего сигнала, а генератор пилообразного напряжения - опорного сигнала, что выгодно отличает предлагаемый автономный инвертор напряжения от известного, так как его система управления обеспечивает стабилизацию выходного напряжения.The problem is achieved in that an autonomous inverter with a wide pulse modulation of the output voltage, containing the inverter bridge circuit, an output L-shaped LC filter, according to the invention, has a control system comprising a transformer-rectifier unit, a sawtooth voltage generator, a pulse shaper, a sine wave voltage generator , a curve type generator, the first and second logical elements And, the first and second distribution-amplifying blocks, the first and second inputs of the transformer the rectifier-rectifier unit is connected to the first and second outputs of the autonomous inverter, and its output is connected to the first input of the pulse shaper, the second input of which is connected to the output of the sawtooth generator, the output of the pulse shaper is connected to the first inputs of the first and second logical elements And, the second inputs of which through the first and second inputs of the curve type generator are connected to the output of the master oscillator of the sinusoidal voltage, the outputs of the first and second logic elements AND are connected to the inputs of of the first and second distribution-amplifier blocks, respectively, the first and second outputs of the first and second amplifier-distribution blocks are connected to the control inputs of the transistors of the bridge circuit of a single-phase voltage inverter. The novelty of the claimed technical solution is due to the fact that the control system uses a transformer-rectifier unit, a master oscillator, a curve type generator, a sawtooth voltage generator, a pulse shaper, logical elements AND, distribution-amplifier units, and the transformer-rectifier unit performs the function of a leading signal , and the sawtooth voltage generator is a reference signal, which compares favorably with the proposed autonomous voltage inverter from the known one, since its si The control circuit provides stabilization of the output voltage.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна 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.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу системы управления инвертором по преобразованию входного и стабилизации выходного напряжения.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 presents a functional diagram of an autonomous voltage inverter with pulse-width modulation; figure 2 is a voltage diagram explaining the operation of the inverter control system for converting the input and stabilizing the output voltage.

Автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения содержит мостовую схему инвертора 1, состоящую из четырех транзисторов 2-5, встречно параллельно эмиттер-коллектор переходам транзисторов включены диоды 6-9, вход мостовой схемы инвертора 1 подключен к входным зажимам устройства 10, 11, к которому также подключен входной конденсатор 12, первый выход мостовой схемы инвертирования 1 через катушку индуктивности 13 соединен с первым выходом инвертора 14, второй выход мостовой схемы 1 соединен с вторым выходом инвертора 15, также к выходам инвертора параллельно подключен конденсатор 16. Система управления 17 содержит трансформаторно-выпрямительный блок 18, формирователь импульсов 19, генератор пилообразного напряжения 20, генератор типа кривой 21, задающий генератор синусоидального напряжения 22, первый 23 и второй 24 логические элементы И, первый 25 и второй 26 распределительно-усилительные блоки, причем с выходными зажимами инвертора 14, 15 соединены первый и второй входы трансформаторно-выпрямительного блока 18, а его выход соединен с первым входом формирователя импульсов 19, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 20, выход формирователя импульсов соединен с первыми входами первого 23 и второго 24 логических элементов И, вторые входы которых через первый и второй входы генератора типа кривой 21 соединены с выходом задающего генератора синусоидального напряжения 22, выходы первого 23 и второго 24 логических элементов И соединены с входами первого 25 и второго 26 распределительно-усилительных блоков соответственно, первый и второй выходы первого 25 и второго 26 усилительно-распределительных блоков соединены с управляющими входами транзисторов 2, 5 и 3, 4 мостовой схемы однофазного инвертора напряжения. Соединенные по Г-образной схеме катушка индуктивности 13 и конденсатор 16 образуют выходной фильтр 27.An autonomous voltage inverter with pulse-width modulation of the output voltage contains an inverter 1 bridge circuit consisting of four transistors 2-5, diodes 6-9 are connected in parallel with the emitter-collector to the transistor transitions, the input of the inverter 1 bridge circuit is connected to the input terminals of the device 10, 11 , to which an input capacitor 12 is also connected, the first output of the bridge inverter 1 through the inductor 13 is connected to the first output of the inverter 14, the second output of the bridge circuit 1 is connected to the second output of the inverter Ora 15, a capacitor 16 is also connected in parallel to the inverter outputs. The control system 17 contains a transformer-rectifier block 18, a pulse shaper 19, a sawtooth voltage generator 20, a curve type 21 generator, a sinusoidal voltage generator 22, the first 23 and the second 24 logical elements , the first 25 and second 26 distribution-amplifier blocks, and with the output terminals of the inverter 14, 15 connected to the first and second inputs of the transformer-rectifier unit 18, and its output is connected to the first input form For pulses 19, the second input of which is connected to the output of the sawtooth voltage generator 20, the output of the pulse shaper is connected to the first inputs of the first 23 and second 24 logic gates And, the second inputs of which are connected through the first and second inputs of the curve type generator 21 to the output of the sinusoidal voltage generator 22, the outputs of the first 23 and second 24 logic gates And are connected to the inputs of the first 25 and second 26 distribution-amplifier blocks, respectively, the first and second outputs of the first 25 and second 26 will amplify distribution and distribution blocks are connected to the control inputs of transistors 2, 5 and 3, 4 of the bridge circuit of a single-phase voltage inverter. United in an L-shaped circuit, the inductor 13 and the capacitor 16 form an output filter 27.

Автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения работает следующим образом. Входное напряжение источника питания постоянного тока u_вх преобразуется мостовой схемой инвертора в напряжение переменного тока с использованием широтно-импульсной модуляции, а выходной фильтр 27 обеспечивает требуемое качество выходного напряжения. Широтно-импульсная модуляция выходного напряжения и его стабилизация системой управления 17 осуществляется следующим образом. С выходом генератора пилообразного напряжения 20 опорный сигнал u_ГПН (фиг.2, а) поступает на второй вход формирователя импульсов 19, на первый вход которого поступает ведущий сигнал u_ТВБ, от трансформаторно-выпрямительного блока 18. Когда u_ГПН>u_ТВБ на выходе формирователя импульсов 19 формируются управляющие импульсы u_у (фиг.2, б), которые поступают на первые входы логических элементов И 23 и 24, на вторые входы логических элементов через генератор типа кривой 21, поступает сигнал синусоидального напряжения от задающего генератора 22 (фиг.2, в, г). Таким образом, когда u_ЗГ имеет положительную полярность, то управляющие импульсы с выхода логического элемента 23 через распределительно-усилительный блок 25 поступают на управляющие электроды транзисторов 2 и 5 и на выходе автономного инвертора напряжения формируется положительная волна напряжения u_вых (0÷π), когда же напряжение задающего генератора 22 u_ЗГ имеет отрицательную полярность, то управляющие импульсы с выхода логического элемента 24 через блок 26 поступают на управляющие электроды транзисторов 3 и 4 и на выходе автономного инвертора напряжения формируется отрицательная волна напряжения u_вых (π÷2π) (фиг.2, д). К примеру, если выходное напряжение инвертора u_вых уменьшится, то и уменьшится величина опорного сигнала (фиг.2, е) u_ТВБ, это приведет к увеличению времени открытого состояния транзисторов, и повышению уровня выходного напряжения инвертора u_вых (фиг.2, ж, з).Autonomous voltage inverter with pulse-width modulation of the output voltage operates as follows. Input voltage DC power source is converted _Rin u inverter bridge circuit in the AC voltage by using pulse width modulation, and the output filter 27 provides the required quality of the output voltage. Pulse-width modulation of the output voltage and its stabilization by the control system 17 is as follows. With the output of the sawtooth voltage generator 20, the reference signal u _GPN (Fig. 2, a) is supplied to the second input of the pulse shaper 19, the first input of which receives the leading signal u _TBB , from the transformer-rectifier unit 18. When u _GPN > u _TBB at the output of the pulse shaper 19, control pulses u _{у are formed} (Fig. 2, b), which are fed to the first inputs of the logic elements And 23 and 24, to the second inputs of the logic elements through a curve type 21 generator, a sinusoidal voltage signal from the master oscillator 22 (Fig. 2, c, d). Thus, when u _ЗГ has positive polarity, then the control pulses from the output of the logic element 23 through the distribution amplifier block 25 are supplied to the control electrodes of transistors 2 and 5 and a positive voltage wave u _output (0 ÷ π) is formed at the output of the autonomous voltage inverter, when the voltage of the master oscillator 22 u _ЗГ has negative polarity, the control pulses from the output of the logic element 24 through block 26 are supplied to the control electrodes of transistors 3 and 4 and the output of the autonomous invert A voltage wave forms a negative voltage wave u _o (π ÷ 2π) (Fig.2, d). For example, if the output voltage of the inverter u _output decreases, then the value of the reference signal (Fig.2, e) u _TBB decreases, this will lead to an increase in the open time of the transistors, and an increase in the output voltage level of the inverter u _output (Fig.2, g , h).

Claims

An autonomous inverter with pulse-width modulation of the output voltage, containing the inverter bridge circuit, an output L-shaped LC filter, characterized in that it has a control system containing a transformer-rectifier unit, a sawtooth voltage generator, a pulse shaper, a sinusoidal voltage generator, a generator type of curve, the first and second logical elements And, the first and second distribution and amplifier blocks, and the first and second inputs of the transformer-rectifier block is connected with the first and second outputs of the autonomous inverter, and its output is connected to the first input of the pulse shaper, the second input of which is connected to the output of the sawtooth generator, the output of the pulse shaper is connected to the first inputs of the first and second logical elements And, the second inputs of which are through the first and second inputs curve type generators are connected to the output of the master sinusoidal voltage generator, the outputs of the first and second logic elements are connected to the inputs of the first and second distribution-amplification -negative blocks respectively, the first and second outputs of the first and second amplifying and distribution units are connected to control inputs of the transistors of the bridge circuit a single-phase inverter voltage.