Способ формирования квазисинусоидального ступенчатого напряжения и устройство для его осуществления

Способ формирования квазисинусоидального ступенчатого напряжения и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

!

А.М. Семи глазов и А.А. Чер (?2) Авторы изобретения епов

1 (?!) Заявитель (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КВАЗИСИНУСО,ИДАЛЬНОГО СТУПЕНЧАТОГО

НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

20

Изобретение относится к электро технике и предназначено для использования в преобразовательных устройствах, например в инверторах с кваэисинусоидальным выходным напряжейием. 5

Известен способ формирования квазисинусоидального выходного напряжения в преобразовательных устройствах. основанный на суммировании выходных напряжений нескольких автономных инверторов, сдвинутых по Фазе fl ).

К недостаткам известного способа относится то, что для формирования выходного напряжения с заданным коэффициентом гармоник требуется большое число инверторных ячеек, по количеству равное числу ступенек

8 четверти периода синтезируемой синусоиды, что увеличивает массогабаритные показатели устройств реализации.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ, заключающийся в том, что кваэисинусоидальное напряжение формируется иэ алгебраической суммы выходных напряжений однофазных инверторных ячеек, причем частота, Форма и амплитуда выходных напряжений определяется соответствующими для каждого инвертора .функциями аппроксимирующего ряда Уолша. Управление силовыми ключами каидого из автономных инверторов осуществляется от генератора управляющих импульсов. Количество К ступенек в четверти периода синтезируемой синусоиды определяет" ся выражением К=2" " (где g — количество инверторов ), что приводит к значительному уменьыению числа инверторов по сравнению со способом

1), а значит, и к сокращению массогабаритных показателей (2).

Однако близкие к основной высшие гармоники в синтезируемой синусоиде

3 10013 имеют повышенную амплитуду, что затрудняет их последующую фильтрацию при необходимости получить более качественную синусоиду, чем синтезируемая. Кроме того, наличие третьей и пятой гармоник приводит к необходимости использовать фильтр с . низкой частотой среза, имеющий боль-. шую массу и габариты.

Цель изобретения — повышение ка- ie чества выходного напряжейия путем уменьшения амплитуды высших гармоник, близких к основной.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу формирования ква- 5 зисинусоидального ступенчатого напряжения, при котором суммируют Н пряМоугольных напряжений, форма, частота и исходная амплитуда которых соответствует Функциям, аппроксимирующйм ряд Уолша, амплитуду каждого прямоугольного напряжения, начиная с третьего, модулируют в функции выпрямленной суммы всех предыдущих напряжений, 25

Для реализации предлагаемого спо" соба в инверторе, содержащем несколько ячеек, количество которых равно числу исоользуемых функций аппроксимирующсго ряда Уолша, причем вторичные обмотки выходных трансформаторов всех ячеек соединены между собой последовательно и подключены к выходным выводам инвертора, а цепи управления ячеек соединены с генератором управляющих импульсов, выходной трансформатор каждой ячейки, кроме последней, снабжен дополнительной обмоткой, цепи питания первой и второй ячеек соединены с входными выводами инвертора,а цепь питания каждой из остальных ячеек соединена через выпрямитель с последовательно соединенными дополнительными обмотками всех предыдущих по отношению к данной ячеек.

На Фиг.1 представлен пример формирования квазисинусоидального выходного напряжения инвертора из выходных напряжений трех ячеек (фиг. 1С1, б и r), соответствующих первой,седьмой и одиннадцатой диадно- нормированным функциям Уолша.

Складывая с обратным знаком напряжение по Фиг. 1 Р с напряжением нв фиг. 1 Q,. и выпрямляя суммарное напря- 55 жение, получают напряжение по Фиг.!г, которое и осуществляет модуляцию напряжения по фиг.1L. Немодулирован96 4 ное напряжение представлялось бы импульсами рдинлковой амплитуды (как в прототипе).

На фиг,2 представлен пример формирования квазисинусоидального вы- . ходного напряжения из выходных напря. жений четырех ячеек (фиг.2а, б, в и д), соответствующих первой, седьмой, одиннадцатой и тридцать пятой диадно-нормированным Функциям Уолша.

Складывая с обратным знаком напряжения по фиг.! б,и в с напряжением по фиг.1,а и выпрямляя суммарное напряжение, получают напряжение вида фиг.1 r, которое осуществляет модуляцию напряжения по фиг. 1д. Модуляция напряжения по фиг. 1 в осуществляется по рассмотренной схеме.

На фиг.3 представлена схема инвертора, реализующего предлагаемый способ.

Инвертор состоит из четырех ячеек 1-4, каждая из которых содержит два силовых транзистора 5, два диода

6 для пропуска обратного тока нагрузки; трансформатора 7 с первичной обмоткой 8 и обмотками вторичной

9 и дополнительной 10. Питание ячеек 3 и 4 осуществляется через выпрямители 11 и 12, ко входу которых подключены последовательно соединенные оомотки 10 предыдущих ячеек.

Обмотки 9 соединены последовательно между собой и нагрузкой 13.

Устройство работает следующим образом.

На управляющие входы транзисторов 5 ячеек 1-4 подаются .соответственно .напряжения по фиг. 2с!,д, 8 и д, но с постоянной амплитудой.

Выходное напря><ение ячеек 1 и 2 через обмотки 10 складывается, выпрямляется мостом 11 и поступает в цепь питания ячейки 3 (фиг. !8), осуществлял амплитудную модуляцию выходного напряжения этой ячейки.

Модулированное напряжение с ячейки

3 фиг.1 г) поступает на нагрузку

13 и через обмотку 10, складываясь с выходными напряжениями ячеек 1 и

2,выпрямляется мостом 12 (Фиг.22) и осуществляет питание ячейки 4. Модулированное (фиг.2д ) напряжение. ячейки складывается с выходными напряжениями предыдущих ячеек и поступает на нагрузку, формируя напряже-. ние по фиг.2 е. Таким образом, осуществляется рекуррентный принцип модуляции, когда вид модуляционной

5 10013 функции для последующей ячейки опре-, деляется формой выходных напряжений предыдущих ячеек. Если производить суммирование напряжений ячеек без предварительного модулирования, как это делается в прототипе, то амплитуда ступенек по высоте синтезируемой синусоиды будет равной, что приведет к трапецеидальной форме кривой выходного напряжения. Цтобы сигяал 10 приблизйуь к синусоидальному, необходимо испольэовать большее количество аппроксимирующих функций..

Модуляция. выходных напряжений ячеек, начиная с третьей, обеспечивает 15 понижение амплитуды ступенек в .районе углов F/2 и 3 W/7, т.е. в большей степени приближает выходной сигнал к синусоидальному (фиг.2 r и д/.

На участках синусоиды с большой кру-- 20 тизной приходится максимум питающего напряжения ячейки 4, а на участках в окрестности углов В/2 и 3 R/2 минимум питающего напряжения. Как показывает расчет, коэффициент 25 гармоник выходного напряжения инвертора .с тремя ячейками (Фиг. l а ) nn предлагаемому способу составляет

9i, третья гармоника - 0,2i, а пятая- 14, а в прототипе коэффициент гармоник составляет lli, третья гармоника - 2,7Ф, а пятая — 2l. .Таким образом, предлагаемый спо- соб и устройство для его осуществле.ния позволяют при формировании ква35 эисинусоидальHoro напряжения при снижении общего коэффициента гармоник резко снизить амплитуды высших гармоник, близких к основной. Благодаря этому существенно уменьшаются

40 массогабаритные показатели выходных фильтров, повышается КПД приборов (потребителей 1, или повышается точ:ность их работы.

Формула изобретения

1. Способ формирования квазиси» нусоидального ступенчатого напряжения, при котором суммируют М прямоугольных напряжений, форма, частота и исходная амплитуда которых соответствует функциям, аппроксимирующим ряд

Уолша, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения амплитуды высоких гармоник, близких к основной, амплитуду каждого прямоугольного напряжения, начиная с третьего, модулируют в функции выпрямленной суммы всех предыдущих напряжений.

2, Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее несколько ячеек, количество которых равно числу используемых функций аппроксимирующего ряда Уолша, причем вторичные обмотки выходных трансформаторов ячеек соединены между собой последовательно, и подключены к выходным выводам инвертора, а цепи управления ячеек соединены с генератором управляющих им- . пульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что выходной трансформатор каждой из ячеек, кроме последней, снабжен дополнительной обмоткой, цепи питания первой и второй ячеек соединены с входными выводами инвертора, а цепь питания каждой из остальных ячеек соединена через выпрямитель с последовательно соединенными дополнительными обмотками всех предыдущих по отношению к данной ячеек.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ Ю 1285054, кл. Н 02 М 7/587, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

И 674166, кл. Н 02 M 1/08, 1976.

1001396

1001396

Фиг.2

1001396

Составитель В.Моин

Техред Т.фанта Корректор А.Дэятко

Редактор Л.Пчелинская филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4

Заказ 1440/71 Тираж 685 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5