SU1001396A1

SU1001396A1 - Method and apparatus for forming quasisinusoidal staircase voltage

Info

Publication number: SU1001396A1
Application number: SU813350797A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Михайлович Семиглазов; Алексей Александрович Черепов
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4514
Priority date: 1981-11-04
Filing date: 1981-11-04
Publication date: 1983-02-28

Description

(S-) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОГО СТУПЕНЧАТОГО НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(S-) METHOD OF FORMATION OF QUASI-SUSOIDAL STEPPED VOLTAGE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относитс к электро технике и предназначено дл использовани в преобразовательных устройствах , например в инверторах с квазисинусоидальным выходным напр жением .The invention relates to electrical engineering and is intended for use in conversion devices, for example, in inverters with quasi-sinusoidal output voltage.

, Известен способ формировани квазисинусоидального выходного напр жени в преобразовательных устройствах, основанный на суммировании выходных напр жений нескольких автономных инверторов, сдвинутых по фазе l. .The known method of forming a quasi-sinusoidal output voltage in converting devices, based on the summation of the output voltages of several autonomous inverters, shifted in phase l. .

К недостаткам известного способа относитс то, что дл формировани выходного на. с заданным коэффициентом гармоник требуетс большое число инверторных чеек, по количеству равное числу ступенек в четверти периода синтезируемой синусоиды, что увеличивает массогабаритные показатели устройств реализации .The disadvantages of this method are that in order to form the output on. with a given harmonic coefficient, a large number of inverter cells are required, equal in number to the number of steps in a quarter of the period of the synthesized sinusoid, which increases the weight and dimensions of the implementation devices.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ, заключающийс в том, что квазисинусоидальное напр жение формируетс из алгебраической суммы выходных напр жений однофазных инверторных чеек, причем частота, форма и амплитуда выходных напр жений определ етс соответствующими дл каждого инвертора .функци ми аппроксимирую10 щего р да Уолша. Управление силовыми ключами ка)кдого из автономных инверторов осуществл етс от генератора управл ющих импульсов. Количество К ступенек в четверти периода Closest to the proposed technical essence of the method is that the quasi-sinusoidal voltage is formed from the algebraic sum of the output voltages of the single-phase inverter cells, and the frequency, shape and amplitude of the output voltages are determined by the functions for each inverter. Walsh. Power switches are controlled from autonomous inverters from the generator of control pulses. Number of steps in a quarter period

15 синтезируемой синусоиды определ етс выражением ( где 1 - количество инверторов), что приводит к значительному уменьиению числа инверторов по сравнению со способом 15 of the synthesized sinusoid is determined by the expression (where 1 is the number of inverters), which leads to a significant decrease in the number of inverters compared with

20 , а значит, и к сокращению массогабаритных показателей .20, and therefore, to reduce the weight and size indicators.

Однако близкие к основной высшие гармоники в синтезируемой синусоиде имеот повышенную амплитуду, что затрудн ет их последующую фильтрацию при необходимости получить более качественную синусоиду, чем синтезируема . Кроме того, наличие треть ей и п той гармоник приводит к необходимости использовать фильтр с низкой частотой среза, имеющий больг Шую массу и габариты. Цель изобретени - повышение качества выходного напр жени путем уменьшени амплитуды высших гармоник близ ких к основной. Поставленна цель достигаетс тем что согласно способу формировани кв зисинусоидального ступенчатого напр жени , при котором суммируют N пр моугольных напр жений, форма, частота и исходна амплитуда которых соответствует функци м аппроксимирующим р д Уолша, амплитуду каждого пр моугольного iнапр жени , начина с третьего, модулируют в функции выпр мленной суммы всех предыдущих напр жений , Дл реализации предлагаемого способа в инверторе, содержащем несколь ко чеек, количество которых равно числу используемых функций аппроксимирующего р да Уолша, причем вторичные обмотки выходных трансформаторов всех чеек соединены между собой последовательно и подключены к выходным выводам инйертора, а цепи управлени чеек соединены с генератором управл ющих импульсов, выходно трансформатор каждой чейки, кроме последней, снабжен дополнительной обмоткой, цепи питани первой и второй чеек соединены с входными выводами инвертора,а цепь питани каждой из остальных чеек соединена через выпр митель с последовательно соединенными дополнительными обмотками всех предыдущих по отношению к данно чеек. На фиг.1 представлен пример форми ровани квазисинусоидального выходного напр жени инвертора из выходных напр жений трех чеек (фиг,10 б и г), соответствующих первой,седьмой и одиннадцатой диадно-нормирован ным функци м Уолша. Складыва с обратным знаком напр жение по фиг.1;(5с напр жением на фиг.1(3 ,.и выпр мл суммарное напр жение, получают напр жение по фиг.10 которое и осуществл ет модул цию напр жени по фиг.12-. Немодулирован1 964 ное напр жение представл лось бы импульсами одинаковой амплитуды (как в прототипе). На фиг,2 представлен пример формировани квазисинусоидального вы- ходного напр жени из выходных напр женир1 четырех чеек (фиг.2а, б, в и , соответствующих первой, седьмой , одиннадцатой и тридцать п той диадно-нормированным функци м Уолша. Складыва с обратным знаком напр жени по фиг.1 б ,и в с напр жением по фиг.1 .а и выпр мл суммарное напр жение , получают напр жение вида фиг.1 г, которое осуществл ет, модул цию напр жени по фиг.1д. Модул ци напр жени по фиг.1 в осуществл етс по рассмотренной схеме. На фиг.З представлена схема инвертора , реализующего предлагаемый способ. Инвертор состоит из четырех чеек 1-t, кажда из которых содержит два силовых транзистора 5, два диода 6 дл пропуска обратного тока нагрузки; трансформатору 7 с первичной обмоткой 8 и обмотками вторичной 9 и дополнительной 10. Питание чеек 3 и осуществл етс через выпр мители 11 и 12, ко входу которых подключены последовательно соединенные обмотки 10 предыдущих чеек. Обмотки 9 соединены последовательно между собой и нагрузкой 13. Устройство работает следующим образом . Ни управл ющие входы транзисторов 5 чеек 1-4 подаютс .соответственно .напр жени по фиг.2а,(5, v и д, но с посто нной амплитудой. Выходное напр хение чеек 1 и 2 через обмотки 10 складываетс , выпр мл етс мостом 11 и поступает в цепь питани чейки 3(фиг.15 , осуществл амплитудную модул цию выходного напр жени этой чейки. Модулированное напр х ение с чейки 3 СФИГ.1 г) поступает на нагрузку 13 и через обмотку 10, складыва сь с выходными напр жени ми чеек 1 и 2,выпр мл етс мостом 12 (фиг.2г.) и осуществл ет питание чейки 4. Модулированное ( фиг.2д) напр жение чейки складываетс с выходными напр жени ми предыдущих чеек ипоступает на нагрузку,формиру напр же- ние по фиг.2 е. Таким образом, осуществл етс рекуррентный принцип модул ции, когда вид модул ционной 510 функции дл последующей чейки определ етс формой выходных напр жений предыдущих чеек. Если производить суммирование напр жений чеек без предварительного модулировани , как это делаетс в прототипе, то амплитуда ступенек по высоте синтезируемой синусоиды будет равной, что приведет к трапецеидальной форме кривой выходного напр жени . Чтобы сигнал приблизить к синусоидальному, необходимо использовать большее количество аг1проксимирующих функций. Модул ци выходных напр жений чеек , начина с третьей, обеспечивает понижение амплитуды ступенек в .районе углов 7Г/2 и 3 , т.е. в большей степени приближает выходной сигнал к синусоидальному (фиг.2 г и д. На участках синусоиды с большой крутизной приходитс максимум питающего напр жени чейки , а на участках в окрестности углов и К/2 минимум питающего напр жени . Как показывает расчет, коэффициентHowever, the higher harmonics in the synthesized sinusoid with higher amplitudes, which are close to the main one, make it difficult for them to subsequently filter if necessary to obtain a higher quality sinusoid than the synthesized one. In addition, the presence of a third and fifth harmonics leads to the need to use a filter with a low cutoff frequency, which has a large mass and size. The purpose of the invention is to improve the quality of the output voltage by reducing the amplitude of higher harmonics close to the main one. The goal is achieved by the fact that according to the method of forming a square sine-wave step voltage, which summarizes the N rectangular voltages, the shape, frequency, and initial amplitude of which corresponds to the functions of the approximate Walsh series, the amplitude of each rectangular polarization, starting from the third, is modulated in the function of the rectified sum of all previous voltages, for implementing the proposed method in an inverter containing several cells, the number of which is equal to the number of approximation functions used Walsh row, the secondary windings of the output transformers of all cells are connected to each other in series and connected to the output pins of the injector, and the control circuits of the cells are connected to the generator of control pulses, the output transformer of each cell, except the last, is provided with an additional winding, the power supply circuit of the first and the second cells are connected to the input terminals of the inverter, and the power supply circuit of each of the remaining cells is connected via a rectifier with series-connected additional windings of all duschih Dunno in relation to the cells. Figure 1 shows an example of the formation of a quasi-sinusoidal inverter output voltage from the output voltages of three cells (Figs. 10b and d) corresponding to the first, seventh and eleventh Walsh functions. Folding with the opposite sign of the voltage of Fig. 1; (5c by the voltage of Fig. 1 (3, and rectifying the total voltage), the voltage of Fig. 10 is obtained and this modulates the voltage of Fig. 12- Unmodulated 1 964 voltage would be represented by pulses of the same amplitude (as in the prototype). FIG. 2 shows an example of the formation of a quasi-sinusoidal output voltage from the output voltage of four cells (Fig. 2a, b, c, and corresponding to the first, the seventh, eleventh, and thirty fifths of those Walsh dyad-normalized functions. with the opposite sign of the voltage of FIG. 1b, and c with the voltage of FIG. 1.a and rectifying the total voltage, a voltage of the form of FIG. 1g is obtained, which modulates the voltage of FIG. The voltage modulation of Figure 1 is carried out according to the considered circuit. Figure 3 shows the inverter circuit implementing the proposed method. The inverter consists of four cells 1-t, each of which contains two power transistors 5, two diodes 6 dl skip reverse load current; transformer 7 with primary winding 8 and secondary windings 9 and additional 10. Cell 3 and is supplied through rectifiers 11 and 12, to the input of which are connected in series the windings 10 of previous cells. The windings 9 are connected in series with each other and the load 13. The device operates as follows. Neither the control inputs of the transistors 5 of the cells 1-4 are supplied respectively to the voltage of FIG. 2a, (5, v, and d, but with constant amplitude. The output voltage of the cells 1 and 2 through the windings 10 is folded, straightened by a bridge 11 and enters the power supply circuit of cell 3 (Fig. 15, performing amplitude modulation of the output voltage of this cell. The modulated voltage from cell 3 of FIGS. 1 g) is applied to the load 13 and through the winding 10, folding with the output voltages cells 1 and 2, is rectified by bridge 12 (Fig. 2d) and powering cell 4. Modulated (Fig. 2e) at The cell tension is added to the output voltages of the previous cells and is applied to the load, forming the voltage of FIG. 2. E. Thus, the recurrent modulation principle is implemented when the type of modulation 510 function for the next cell is determined by the shape of the output voltage. If the summing of cell voltages is performed without prior modulation, as is done in the prototype, the amplitude of the steps along the height of the synthesized sinusoid will be equal, which will lead to the keystone shape of the curve single voltage In order to bring the signal closer to a sinusoidal one, it is necessary to use a greater number of aggregating functions. The modulation of the output cell voltages, starting from the third, ensures a decrease in the amplitude of the steps in the area of the angles 7G / 2 and 3, i.e. The output signal is closer to the sinusoidal one (Fig. 2 g and g). On sections of a sinusoid with a large steepness, the maximum supply voltage of the cell occurs, and in sections around the corners and K / 2, the minimum of supply voltage. As the calculation shows,

гармоник выходного напр жени инвертора .с трем чейками (йиг.1 п) по предлагаемому способу составл ет Э%, треть гармоника - 0,2, а п та - 1%, а в прототипе коэффициент гармоник составл ет 111, треть гармоника - 2,7%, а п та - 2%.the harmonics of the output voltage of the inverter. with three cells (yig.1n) of the proposed method is E%, the third harmonic is 0.2 and the miter is 1%, and in the prototype the harmonic factor is 111, the third harmonic is 2 , 7%, and n ta - 2%.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство дл его осуществлени позвол ют при формировании ква3исинусоидального напр жени при снижении общего коэффициента гармоник резко снизить амплитуды высших гармоник, близких к основной.Благодар этому существенно уменьшаютс массогабаритные показатели выходныхThus, the proposed method and device for its implementation allow the formation of a quasi sinusoidal voltage while reducing the overall harmonic coefficient to drastically reduce the amplitudes of higher harmonics that are close to the main one. Thanks to this, the weight and size parameters of the output are significantly reduced.

фильтров, повышаетс КПД приборов (потребителей, или повышаетс точность их работы.filters, increases the efficiency of devices (consumers, or increases the accuracy of their work.

нены с генератором управл ющих им пульсов, отличающеес , тем, что выходной трансформатор каждой из чеек,кроме последней,снабжен дополнительной обмоткой,цепи питани первой и второй чеек соединены с входными выводами инвертора, а цепь питани каждой из остальных чеек соединена через выпр митель с последовательно соединенными дополнительными обмотками всех предыдущих по отношению к данной чеек.They are connected to a generator of control pulses, characterized in that the output transformer of each of the cells, except the last, is provided with an additional winding, the power supply circuits of the first and second cells are connected to the input terminals of the inverter, and the power supply circuit of each of the remaining cells is connected via a rectifier to consistently connected additional windings of all previous with respect to this cell.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination

Г Патент ФРГ № 128505, кл. Н 02 М 7/587, 1968.G Patent of Germany No. 128505, cl. H 02 M 7/587, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР W , кл. Н 02 М 1/08, 1976. 62. USSR author's certificate W, cl. H 02 M 1/08, 1976. 6

Claims

Claims; 1. A method of forming a quasi-sinusoidal step voltage, at which the M rectangular voltages are summed, the shape, frequency and initial amplitude of which correspond to the functions approximating the Walsh series. In order to improve the quality of the output voltage by decreasing, The amplitudes of high harmonics close to the fundamental, the amplitudes of each rectangular voltage, starting from the third, are modulated as a rectified sum of all previous voltages. 2, A device for carrying out the method of claim 1, comprising several cells, the number of which is equal to the number of used functions of the approximate Walsh series, the secondary windings of the output transformers of the cells are connected in series with each other, and connected to the output terminals of the inverter rui

2

P