SU1035758A1 - Инвертор со ступенчатым квазисинусоидальным выходным напр жением - Google Patents

Abstract

1. ИНВЕРТОР СО СТУПЕНЧАТЫМ КВАШСИНУСОИДАЛЬНЫМ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ, содержащий модуп го|, млпопкенвый ш базе VI моб- трвых инверторных  чеек с оыходвыми трансформаторами, вторичные охотки которых соедиввнв последовательно, задающий генератор, реверсивный счетчик и освовшЛ треттер, отпичающнА. с   тем, что, с цепью улучшени  киссо1 .ба|)втных показателей, ju него введены дешщул тор, JвкгuючeнШ9Iй на выходе ин вертора , программируемое запоминакушее устройство, основные и дополнитепь ный коммутаторы и допопнительный триг гер, причем пр мой выход запак дехх} ге , нератора соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходами пр мого и обратного перевкк  подключенного соответственно к R- и S -входам основнюго триггера, пр мым и инверсным выходам св занного сортвегственно с суммирующим и вычитаюо1им входами реверсиввого счетчика, выход обратного переноса котоPOIX подключен к тактовому входу допопнитепьного триггера, выходом соединенното с управл ющим входам дополнительного к(:.1мутатора, выход которого подключен It управл ющему входу демодул тора, выходы триггеров реверсивного счетчика подключены к адресным входам програм (Л мируемого запоминающего устрсЛства, выходами подкточенного к управл ющим . входам основных коммутаторов, выходами СезанныX с утфавл ющими входами ин- ; верторвых  чеек модул тора, а входы коммутаторе соединены с пр мым и ин|Версным выходами задающего генератора. о 2. Инвертор по m 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем. Что каждый коммута- СП тор выполюн на логическом апшдевте н 2-2И-2ИЛИ, Еыход которого образует :л выход коммутатора, первые входы впэдде ЭО тов 2И образуют входы ксвлмутатора а управл ющий вход к(Я 4мутатора соединен непосредственно со вторым входом первого эпемевта 2И и через нЬвертирук аий епемент - со вторым входом второго элемента 2И.

Description

Изобретение отнсхзитс  к электротехнике и может быть использовано при создании вторичных источников электропитани  с синусоидальным выхопным напр жением дл  систем автоматики и эпектропривода . Известен инвертор, содержащий М инверторных  чеек с выходными трансформа торами, вторичные обмотки которых рдёдк нены последовательно между собой и с нагрузкой. Схема управлени  содержит задающий геивратор, фазореверсивные I уситггели мощности с органом сравнени  И измерительные цепи. Принцип действи  этого устройства основан на сравнении опорного сигнала каждой последующей  чейки с напр жением, пропорциональным сумме выходного напр жени  предыдущих  чеек. Путем выбора коэффициентов трано формашга по двоичному закону при трех  чейках фо{жшруетс  вызюдное напр жение с четырьм  уровн ми | 13Недостатком данного инвертора  вл ют с  плохие массогабаритные показатели (МГП), которые во многом определ ютс  массой и габаритами трансформаторов, работаю цих с частотой выходного напр жени . Кроме того, при изменении напр жени  питани  и тока нагрузки форма выходного напр жени  измен етс . Это происходит из-за того, что выходное нащм- жение инверторов зависит от этих дестабилизирующих факторов, а уровень опорны . напр жений, с которыми сравниваютс  напр жени  на выходах инверторов, остаетс -посто нным . В режиме холостого .хода и при максимальном напр жении пита:ни  форма наиболее 11риблихюна к синусоидальной , а при номинальной нагрузке и минимальном уровне питающего напр жени  число ступеней в выходном на- пр жении уменьщаетс  Искажение формы требует увеличени  мощности выходных фильтров, что, в свою очередь, ухудшает МГП преобразовател . Известен инвертор, содержащий W инверторных  чеек с выходными трансформаторами , вторичные обмотки которых соединены поспедовательво и подктпочены к силовому входу демодул тора. Схема управлени  обеспечивает требуемый алго ритм работы ключей- инверторов и демодул тора . При двоичном законе изменени  вапр жений на вторичных обмотках дл  формируютс  четыре ступени в кривой выходного напр жени  23. Недостатком этого инвертора  бл ют с  шюхие МГП. При трех  чейках коэф фиииент гармоник Кр 11%, а снижение величины Кр и обеспечение гладкой форн мы кривой требует увеличени  массы и габаритов выходных фильтров, особенно ухудшающих МГП преобразовател  на низких выходных частотах. Иввестен также инвертор, содержащий высокочастотный модул тор, выполненный на N мостовых инверторных  чейках с выходными трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены последовательно и включены к силовому входу демодул тора. Схема управлени  содержит задающий генератор, программируемый узел и усилители мощности, управл ющие . работой ключей модул тора и демодул тора 3. Недостаток этого устройства также заключаетс  в плохих МГП при формировании синусоидальной формы кривой выходного напр жени . При использовании четырех  чеек ( N 4) выходное напр жение имеет две ступени (К Л 7%). Снижение величины К . и обеспечение гладкой формы достигаетс  только за счет ухудшени  МГП и усложгони  схемы преобразовате л . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому преобразователю  вл етс  инвертор со ступенчатой, близкой к синусоидапы1рй,фо1Яу{ой выходного напр жени . Силов(а  часть преобразовател  содержит М однофазных инверто хных  чеек с выходными трансформаторами , вторичные обмотки которых соединены последовательно и подключены к нагрузке . Схема управлени  состоит из задающего генератора, блока реверса пол рности питающего напр жени , нульоргана , реверсивного счетчика, триггера, фазосмещател . При троичном законе изменени  выходных напр жений  чеек за счет предлагаемых алгоритмов работы ключей инвертора, фо1ыа выходного напр жени  близка к синусоидальной. Например , при трех инверторах ( N 3) выходное напр жение имеет 13 ступеней и нулевую паузу. Коэффициент искажени  синусоидальности дл  такой формы напр жени  равен 3% 4. Непостаток известного преобразовател  закгаочаетс  в плохих массогабаритных показател х особенно при низких выходных частотах. Это св зано с тем, что инверторные  чейки переключатс  с ча&готой, близкой к выходной. Например,  чейка имеюща  максимальную мощность, работает с частотой, всего в 1,5 раза превышающей выходную,. поэтому масса :и габариты трансформаторов, как и устройства в цепом, будут очень бопъшкмк. Цепью изобретени   вп етс  улучшение массогабаритных показатепей. Пос гавпенна  цепь достигаетс  тем, что в инвертор со ступенчатой квазис нусоипапьной формой выходного напр жени , содерисащкй модуп тор, выпопненный ва базе Ы мостовых инверторных  чеек с выходными трансформаторами, вторичны обмотки которых соединены поспедоватеп но, задающий генератор, реверсивный счетчик и освювной триггер, введены демодуп тор , вкпюче ный на исходе инвертора , програко«{ируемое запсжганающее устройство,основшле и допопнитепьный ком мутаторы Едополните пьный триггер, щ иой выход задающего генера тс а соеднвэн со счетным входом реверсивного счетчика, выходами пр мого и обратного переноса подкпюченного соответственно к I и $ -входам основно го триггера, пр мым и инверсным выходами св занного соответственно с суммвруюшим и вычитающим входами реве1 сиввого счетчика, выход обратного переноса , которого подкшочен к тактовому входу допопнитепьного триггера, выходом соеднневкого с управп юшим входом до однитепьного коммутатора, выход которого подкшочен к управл ющему входу демодуп тора, выходы триггеров реверЪивного счетчика подключены к адресшлм входам программируемого за помина ютаего устройства, выходами подкпючеа ного к управл ющим входам основных коммутаторов, выходами св занных с управл ющими входами инверторных  чеек модул тора, а входы коммутаторов соединены с пр мым и инверсным выходами задающего генератора. При этом каждый коммутатор может, быть ылполнен на логическом элементе 2-2И-2ИЛИ, выход которого образует выход коммутатора, первые входы эле- ментов 2И образуют входы коммутатора, а управл ющий вход коммутатора соединен непосредственно со вторым входом первого элемента 2И и через инвертирующий влеменг - со вторым входом второ го элемента 2И. На фиг. 1 показана блок-схема инвер тора; на 4  г. 2 - пример выполнени  коммутатора; на фиг. 3 - временные диа граммы напр жений на элементах ситово части иювертора. Инвертор (фиг.) содержит модул то 1, выполненный на базе трех инверторных  чеек 2-4, собранный по мостовой вхеме на транзисторах выходными трансформаторами 9-11, вторичные обмотки 12-14 которых соединены последовательно и включены на вход демоду л тора 15. Демодул тор 15 собран на ключах 16-19 переменного тока с двухсторонней проводимостью по мостовой схеме, одна диагональ которой служит входом, а друга  - выходом демодул тора . Каждый из уснпнтелей мощности 2О- 25 подключен к управл ющим входам транзисторов одного полумоста  чеек 2-4, а усилитель мощности 26 соединен входом с управл ющими входами ключей 16-19 демодул тора. Задающий генератор 27 пр мым выходом соединен со счетным входом реверсивного счетчика 28,выходами триггеров которого он подгключей к адресным входам программируемого запоминающего устройства (ПЗУ) 29.Выходы геУ 29 соединены с управл ющими входами основных (утаторов ЗО-35, выход каждого вз которых подключен к входу соответствующего ус лител  мощности 20-25, а дополните Л1уЕый коммутатор 36 выходом соединен с входом усилител  мощности 26, переключающего ключи демодул тора 15. Реверсивный счетчик 28 выходами пр мого и обратного переноса подключенк В- н Sвходам основного триггера 37, выходы которого подключены к суммирующему и вычитающему входам счетчика 28. Кроме того, выход обратного переноса счетчика 28 соединен с тактовым входом дополнительного триггера 38, выходом подкпюьченного к управл ющему входу дополнительного коьшутатора 37. Входы коммутаторов ЗО-36 соединешл с пр мым и инверсным выходом задающего генератора 27. ,ч Каждый коммутатор ЗО-36 (фиг. 2) выполнен ш элементе 2 2И-2ИЛИ, выход которого образует выход коммутатора, первые входы 9л««1ентов 39 2И образуют вхо№1 коммутатора, подключенные к выходам задающего гедаратора 27. Управл ющий вход  чейки прдключен ко второму входу первого элемента 39 и через инвертор 40 - ко второму входу второго элемента 39. На фиг. 3 приведены временные диаграммы тактового напр жени  41; напр жени  42-44 ва выходных обмотках 12-14  чеек 2-4; вапрвпкение 45 на входе демодул тора и выходное напр  жавве 46 вввертора. 510 Сушйость работы устройства основана на и мёнешш поп рности выходных напр жений 42-44  чеек в раэпичше моменты времени. Формирование большого числа уровней выходного напр жени  пр&образоватеп  достигаетс  за счет изменени  вь1ходных напр жеш1й  чеек по троичному закону, при котором амплитуда первогх,напр жени  42 равна 3 «1 второго 43-3 З; третьего 9 и т.д. Производ т коммутации напр жений в различные моменты времени, можно получить при использовании двух иН рторов четыре ступени, при трех - тринадцать и т.д. При выборе частоты работы  чеек в 80 и более раз выше вы ходной обеспечиваетс  величина коэ4Фициента гармоник Кг 3,9%. Работа инвертора осуществл етс  сле дующим образом. Сигнал с пр мого выхода задающего генератора 27 поступает ра счетный вход реверсивного счетчика 28. Допустим, что основной триггер 37 находитс  в сро то нии 1 и обеспечивает заполнение, счетчика в пр мом направлении. При это параллельный нарастающий код с выходом триггеров счетчика 28 поступает на- адресные входы проГ|жммируемого запоминающегоустройства 29, выполненного, например, на схеме 155 РЕЗ. На первые входы элементов 2И{39) коммутаторов 30-35 поступают сигналы от пр мого либо инверсного выходов задающего генерагора 27, а на вторые входы подают с  противофазные сигналы с ПЗУ 29. На выходе элемента 39, а следовательно, на выходе  чейки основного ко1 мутатора формируютс  последовательности импульс сов, повтор ющие сигналы задающего генератора, снимаемые спр мого либо инверсного выхода его. Каждый выход основных коммутаторов 30-35 подключав к своему усилителю:мощности, выполненному по инверторной схеме с нулевой точкой, формирующему последовательности импульсов таким образом, что на выходной обмотке каждого инвертора могут формироватьс  напр жени  1-1; О; +1. На 4 г. 3 показано тактовое напр жение 41, позвол ющее судить о пол рности BI ходного напр жени  42-44 каждой  чейки 2-4. Сигналы с выхода дополнительного коммутатора 36, который выполнен по одинаковой схеме с основным, следую также с частотой задающего генератора. Так как демодул тор переключаетс  под действием сигналов одного усилител  758 мсшйости 26, то в отличив от травзисторов  чеек 2-4 в любой момент времени открыли ключи 16 и 19 или 17 и 18. При атом на выходе демодул тора 15 формируетс  ступенчато измен ющеес  выходше напр жение 46. Приближение выходного напр жени  к синусоидаль ной обеспечиваетс  за счет высокой про межуточной частоты работы  чеек 2-4 и болыпого числа ступеней. При перепопнэнии реверсивного счетчика на выходе пр мого переноса по вл етс  сигнал, который опрокидывает основной триггер 37 в состо ние О и заставл ет работать счетчик 28 в режиме обратного счета. При этом на выходе демодутт тора формируетс  ступенчато убывающее напр жение 46, симметричное показанному на фиг.3« При обнулении счетчика 28 ш выходе обратного переноса по вл етс  импупьс, опрокидывающий основной триггер 37 в состо ние I, воздействующее на входы пр мого и обратного счета. Процесс работы счетчика 28 при этом происходит аналогично рассмотренному. Одновреме но при обнулении счетчика 28 импупьс с выхода обратшэгю переноса последнего поступает на тактовый вход дополнитепы ного триггера 38 и измен ет его состо ние . Сигнал с выхода дополнительного триггера 38 поступает на управл ющий вход дополнительного коммутатора 36 и осуществл ет реверс фазы работы ключей демодул тора 15 на 18О эл.град. На выходе инвертора формируетс  отрицательна  полуволна выходного напр жени  46. Таким образом, в предлагаемом уст ройстве при выполнении силовой части, содержащей модзот тор и демодул тор, осуществггаетс  п|юо6разование посто вного напр жени  в переменное с шлсокой частотой. Построение системы управп ни , содержащей реверсивный счетчик, программируемое запоминающее устройство , коммутаторы, основной и допсихнвтельный т{жгтер, выпопнеивой на цифровых элементах, позвол ет осушествгшть коммутадшо всех трювэисторов внверторных  чеек, т.е. обеспечивать три состо ни  ( О; ) каждой  чейки . относительно тактового сигвапа. Изменение коэффициентов трансформации выходных трансформаторов осуществп етс  по троичному закону. Поэтому в выходном напр жешш преоб|)азоввгеп  формируетс  большое чисто ступени С (щ  N З В 13) Выбор частоты работы ввверто

ров в 80 и nee раз большей выходной частоты преобрааоватеп  обеспечивает бопыиую ступень приближени  к -синусоиде . Например, при вылодной частоте ВЬК SO Г частота работы инверторов ДОПЖ1К1 быть большей 4ООО Гц, .при этом ап  f  13 Кг «,9%. При дапыюйшем повышении частоты масса силовой части преобразовател  определ етс  в

основном только массой полупроводниковых элементов и обеспечиваетс  замема сердечников из электротехнической стали на ферритовые пра одновременнсад умен : шении объема меди, используемой на изготовление обмоток. Это помимо умеш шени  габаритов преобразовател  снижает материалоемкость трансформаторов и стоимость их..

f

1

(рив.2

Claims (2)

1. ИНВЕРТОР СО СТУПЕНЧАТЫМ КВАЗИ СИ НУСОИ ДАЛЬНИМ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ, содержащий модулятор, выполненный на базе И мос— · говых инверторных ячеек с выходными трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены последовательно, задающий генератор, реверсивный счетчик и основной триггер, отличающий-, с я тем, что, с цепью улучшения массогабаритных показателей, в него введены демодулятор, .включенный на выходе инверторвл программируемое запоминающее устройство, основные и дополнитель ный коммутаторы и дополнительный триггер, причем прямой выход задающего ге, нератора соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходами прямого и обратного переноса^ подключенного соответственно к R- и S -входам основного триггера, прямым и инверсным выходами связанного соответственно с суммирующим й вычитающим входами реверсивного 'счетчика, выход обратного переноса кото рого подключен к тактовому входу дополнительного триггера, выходом соединенного с управляющим входом дополнительного коммутатора, выход которого подключен к управляющему входу демодулятора, выходы триггере® реверсивного счетчика подключены к адресным входам программируемого запоминающего устройства, выходами подключенного к управляющим входам основных коммутаторов, выходами связанных с управляющими входами ин- , верторных ячеек модулятора, а входы коммутаторов соединены с прямым и ин(Версным выходами задающего генератора.

2. Инвертор по π. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что каждый коммута- * тор выполнен на логическом элементе 2-2И-2ИЛИ, выход которого образует выход коммутатора, первые входы элементов 2И образуют входы коммутатора, а управляющий вход коммутатора соединен непосредственно со вторым входом первого элемента 2И и через инвертирующий элемент - со вторым входом второго элемента 2И.

00 сл м

X

1 1035758 2