Способ формирования синусоидального выходного напряжения инвертора и устройство для его осуществления

Способ формирования синусоидального выходного напряжения инвертора и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕаЪЬЛИН..SU„„1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИМ"

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 @ i 4 (211 3510578/24-07 (22l 11.11.82 (46) 15 . 04 . 84. Бюл. В 14 (721 A.Ì.Ñåìèãëàçoâ

{53) 621.314,58 (088.8 ) (561 1. Авторское свидетельство СССР

М 731532;кл.Н 02 М 8/48, 1980.

2 ° Тонкаль В.E. Синтез актономных инверторов модуляционного типа. Киев, "Наукова думка", 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

9 736303, кл. Н 02 М 7/48, 1977. (54 t СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИНУСОИДАЛЬ ИОГО ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ HHBEPTOPA

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57 1 1. Способ формирования сннусоидального выходного напряжения инвертора, при котором генерируют прямо-. угольные импульсы повышенной часто» ты, амплитудно-модулированные по си.нусоидальной функции построения, имеющей выходную частоту инвертора, синхронно детектируют указанные им пульсы и выделяют первую гармонику путем фильтрации, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем одновременного формирования А( фаз выходного синусоидального напря,жения, взаимно-сдвинутых на заданный угол 9, в каждом периоде выходного напряжения генерируют 2М(2 Й„ -11 укаэанных импульсов, где й„< - число уровней (ступеней ) выходного напряжения в полупериоде, затем разделяют импульсы на М последовательностей так, чтобы импульс каждой данной последовательности был расположен во времени смежно .с импульсом другой последовательности, и модулируют амплитуду импульсов каждой последоваЪ

3(Д) Н 02 М 7/48; Н 02 М 7/537 тельности по синусоидальной функции построения выходной частоты инвертора, причем эти М функции взаимносдвинуты на укаэанный угол V, синх- ронно -детектируют и фильтруют раздельно каждую последовательность импульсов.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что с целью регулирования величины выходного напряжения, укаэанное синхронное детектирование осуществляют импульсами регулируемой длительности.

3. Устройство для формирования синусоидального выходного напряжения, содержащее однофазный инверторный а блок с выходным трансформаторным бло-ком, в первичную цепь которого вклю- уу чен полупроводниковый многоячеичный М8 коммутатор, ступенчато изменяющий амплитуду импульсов выходного напря- жения, блок управления с задающим генератором, делителем частоты, рас-.пределителем импульсов, модулятором ( ширины импульсов и предварительными усилителями, синхронный детектор на ключах переменного тока и фильтр, о т л н ч а ю щ е е с я. тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов при формировании одновременно М фаэ выходного синусоидального напряжения, взаимносдвинутых на заданный угол 9 указанный трансформаторный блок имеет Ю вторичных обмоток, каждая иэ которых через соответствующий ключ переменного тока и фильтр соединена с выходными выводами данной фазы инвертора, а цепь управления этого ключа соединена с .выходом соответствующего модулятора ширины импульсов, число которых в блоке управления рав. но числу фаэ М.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения вторичных источников питания, устройств электроавтоматики и электроприводов переменного тока в тех случаях, когда требуется согласование уровней напряжений питающей сети и потребления, а так же повышенное качество преобразованной ,электрической энергии. Регулирование частоты и напряжения и повышение ка- 10 чества энергии на выходе статических преобразователей реализуются в автономных инверторах напряжения путем различных видов модуляций. Наибольшее распространенле получили широт- l5 но-импульсная (ШИИ} и амплитудно-импульсная (AHNI модуляции. Перспективным способом улучшения гармонического состава выходного напряжения инвертора является ЬИИ, которая, 20 обеспечивая одинаковое с ШИМ качество преобразованной электрической энергии, осуществляется с меньшими коммутационными потерями за счет меньшего числа тактовых интервалов 5 и реализуется более простой системой управления. Существует несколько способов формирования (синтезирования J синусоидального сигнала методом AHN.

Синтезирование может быть непрерывным, при котором в любой момент времени функция, описывающая выходной параметр (напряжение, имеет единст» венное вполне определенное значение, и дискретным (импульсным J, при котО- З5 ром напряжение состоит из импульсов, в общем случае различных по амплитуде и длительности.

В изобретении используется дискретный способ синтезирования синусоидального напряжения на основе Лий. 40

Существуют два наиболее распространенных способа формирования кваэисинусоидальных сигналов на нагрузке с помощью инверторов.

Известен способ, который нредпола 45 ,гает формирование инвертором на первичной стороне трансформатора немодулированного напряжения повышенной частоты с последующим формированием ступенчато-модулированной последова- 30 твльности отдельных импульсов путем

<оммутации вторичных обмоток ключами дервменного тока. Достоинствами этого способа являются обеспечение работы трансформатора на повышенной 55 частоте и как следствие снижение его габаритов и массы. Кроме того, в данном способе возможно формирование однофазным инвертором многофазного напряжения (13.

Недостатком этого способа является необходимость использования большого количества ключей переменного тока, определяемого количеством ступенек в четверти периода формируемо- 65 го напряжения. Количество ключей увеличивается пропорционально количеству Формируемых Фаз выходного напряжения инвертора. Кроме того, размещение ключей во вторичной обмотке, значительно усложняет управление ими, так как требуются гальванически развязанные источники импульсов управления ключами.

Известен также способ, который предполагает формирование квази-синусоидального напряжения на первичной стороне трансформатора путем коммутации ключей постоянного тока инвертора с последующей трансформацией сформированного напряжения на нагрузку. Этот способ позволяет использовать ключи постоянного тока, которые значительно проще ключей переменного тока и не требуют гальванически развязанных источников импульсов управления.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ формирования синусоидального выходного напряжения инвертора, при котором генерируют прямоугольные импульсы повышенной частоты, амплитудно-модулированные по синусоидальной функции построения, имеющей выходную частоту инвертора, синхронно детектируют указанные импульсы и выделяют первую гармонику путем фильтрации.

Инвертор, реализующий этот способ, содержит однофазный инверторный блок с выходным трансформаторным блоком, в первичную цепь которого включен полупроводниковый многоячеичный коммутатор, ступенчато изменяющий амплитуду импульсов выходного напряжения, блок управления с задающим генератором, делителем частоты, распределителем импульсов, модуляторами ширины импульсов и предварительными усилителями, синхронный детектор .на ключах переменного тока н ФильтрСЗ).

Недостаток известного способа и реализующего его устройства состоит в том, что для получения многофазного выходного напряжения требуется включение нескольких по числу фаз комплектов силового оборудования и усложнения управления.

Цель изобретения — расширение

Функциональных возможностей путем одновременного формирования N фаз выходного синусоидального напряжения, взаимно сдвинутых на заданный угол

М, и снижение массы и габаритов инвертора, реализующего предлагаемый способ.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу формирования синусоидального выходного напряжения инвертора, при котором генерируют прямоугольные импульсы повышенной частоты, амплитудно-модулированные

1086526 по синусоидальной функции построения, имеющей выходную частоту инвертора, синхронно детектируют указанные импульсы и выделяют первую гармонику путем фильтрации, в каждом периоде выходного напряжения генерируют 5

2N (28зр-1) указанных импульсов, где

Мур- число уровн... (ступеней ) выходного напряжения в полупериоде, затем разделяют импульсы на М последовательностей так, чтобы импульс каждой 10 данной последовательности был расположен во времени смежно с импучьсом другой последовательности, и модулируют амплитуду импульсов каждой последовательности по синусоидальной )5 функции построения выходной частоты инвертора, причем эти N функций взаимно сдвинуты на указанный угол Ч, синхронно-детектируют и фильтруют раздельно каждую последовательность импульсов.

Для регулирования величины выходного напряжения указанное синхронное детектирование осуществляют импульсами регулируемой длительности.

Кроме того, в устройстве,реализующем способ, содержащем однофазный инверторный блок с выходным трансформаторным блоком, в первичную цепь которого включен полупроводниковый многоячеичный коммутатор, ступенчато изменяющий амплитуду импульсов выходного напряжения, блок управления с задающим генератором, делителем частоты, распределителем импульсов, модулятором ширины импульсов и предварительными делителями, синхронный детектор на ключах переменного тока и фильтр, укаэанный трансформаторный блок имеет N вторичных обмоток, каждая из которых через соответ. ствующий ключ переменного тока и фильтр соединена с выходными выводами данной фазы инвертора, а цепь управления этого ключа соединена с выходом соответствующего модулятора 45 ширины импульсов, число которых в блоке управления равно числу. Фаэ М.

На фиг. 1 показаны диаграммы напряжений; на фиг. 2 — принципиальная схема варианта инвертора. 50

Пример формирования двухфазного напряжения с взаимным сдвигом фаз

90 функции косинуса и синуса. На фиг. 1 В,s показаны прямоугольные импульсы управления, сдвинутые один от.55 носительно другого на 180 . С помощью импульсов на фиг. 1 б формируются сигналы функции косинуса, а на фиг. 1 8 — сигналы функции синуса.

Укаэанные импульсы управляют работой 6О ключей инвертора о первичной стороне трансформаторного блока и работой синхронного детектора по вторичной стороне. Одни и те же ключи по первичной стороне поочередно Формируют 65 сначала импульсы, модулированные и функции косинуса,а затем по функции синуса. На фиг. 1 и показаны модулированные по закону синуса импульсы выходного напряжения инвертора. При этом управление ключами происходит импульсами на фиг. 1в . На фиг.. 1 показаны импульсы выходного напряжения инвертора, модулированные по закону косинуса. При этом управление ключами инвертора происходит импуль-. сами на фиг. 16 . На вторичной обмотке трансформатора напряжение является суммой чередующихся через такт импульсов, модулированных по функции косинуса и по функции синуса (фиг. 1м, импульсы, принадлежащие разным фазам, заштрихованы по разному ). Суммарная последовательность импульсов (фиг. 1al синхронно детектируется, при этом управление детектора ми осуществляется импульсами.<показанными на фиг.1& и в,а на входе фильт-; ра каждой фазы напряжение имеет вид соответственно фиг. 1 ъ и д . На нагрузках напряжение имеет синусоидальную и косинусоидальную форму.

Если на синхронные детекторы подавать импульсы управления (фиг. 15 и в ), модулированные по длительности, то на входе фильтров импульсы также модулируются по длительности, т.е. осуществляется регулирование величины выходного напряжения. В рассматриваемом примере число импульсов каждой последовательности равно десяти, при трех уровнях (ступенях ) в полупериоде. В общем случае число импульсов в периоде равно 2N(2N <-11, где К„ число уровней (ступеней} напряженйя в полупериоде.

Использование предлагаемого способа позволяет с помощью одних и тех же силовых ключей постоянного тока и общего трансформатора инвертора формирователь напряжения нескольких

Фаз. Поскольку формирование разных

Фаз производится одними и теми же элементами, то обеспечивается ста-, бильность сдвига фаз. Предлагаемый способ позволяет довольно просто осуществить регулирование амплитуды выходного напряжения. Так как номер низшей иэ высших гармоник не зависит от ширины импульсов, габариты фильтра не изменяются при введении регулирования выходного напряжения.

В блох управления схемы инвертора, реализующего предложенный способ, входят автогенератор 1, делитель частоты 2, распределитель импульсов, программируемый блок памяти 3, предварительные усилители 4,. Инверториый блок содержит силовые ключи 5 и 6, ключи полупроводникового коммутатора 7 - 12, шунтирующие диоды 13 — 15, коммутатор подключает отдельные исо

1086526 точники питания 16 - 18, величины нап ряжения которых соотносятся между р включении источни ю величины 13„ 14.и 1 собой по двоичной системе исчи ветВыходной трансформатор инвертора 19 ют

20 и 21 имеет раздельные вторичные б о мотки 20 и 21 транс ми ют его работе. Во вторичные обмот тки

22 и 2

Р2 ьтры ное напряжение

26 27 у р вления введены также модул и а и . В блок 23, а затем н а фазчые нагрузки 26 и ширины импульсов 28 и 29 п ляторы 27, прой я ч по числу тока 24 и

2, д ерез ключи переменног ного фаз й. п и 25. Управление ключамн 24 ройство работает следующи б разом. м о - и 29 со сдвигом на 180 (импульсами н по фиг. 1о и в) таким образом, что

ыми колебаниями запускает дел очастот- если сигнал со в

Ю I частоты 2, с выхода которог итель ходит, нап име о вторичной обмотки прор мер, на нагрузку косинусы параллельным кодом поступ о импуль- соидальной ают на времени ключ фазы, то на этом отрезке пам адресные шины программируемо бл го ока нусоидальной зе переменного тока в сияти 3. Постоянно программируе фазе заперт, и наибопамять .( уемая рот. .(микросхемы К556 РТ4 f програм- Таким об а мируется заранее таким обра аким образом, осуществляется воздействуя на базы ключей 7 8 зом, что 2р синхронное е детектирование и на фильт12 через предварительный усил 4 и ры поступают импульсные последоваформируется напряжение пи ания, предилитель, телъности сигналов о noф .1 иа д Ec c ОдулятОрОВ 8 и 29 поступериодный выпрямленный вид н 2 двухполу- лают прямоугольные имп ль мпульсы переменния, представленного на фи 1 ид напряже- 75 ной длительности зази ав сящей от амплиПол чени а иг, 1„ a . туды выходного напряжения U u учение двухполярного напряжения, полностью соответств;лоа;е ф сная последовательность на каж-и 1 дой из нагРУзок фаз также с достигается чередованием вкл э также содержит ключей 5 ключения импульсы переменной длительн мируе и 6. Блок памяти 3 п еле ь ости, а тся таким об азом довательно, выходное напряжен р что поочеред» регулируется по амплитуде ие но через такт входной частоты о

П е руется н редлагаемое устройство обладает вующе апряжеиие питания с оответст- дующими достоинствами: с помо нусои а ющее косинусоидальной а э т а ем и д ого инвертора может формироватьПОМОЩЬЮ оидальной функциям. ся несколько аз пе

Синтез необходимой

35 ько фаз переменного напряпряжения питания в ка одимой амплитуды на жения; используя синхронные детекмени происходит путем набо а ( ждый момент вре» торы, осуществляется регулир в ование ичной сист о а п выходного напряжения; один и. тот же о системе исчисления ) включения блок памяти используется я

1 7 отдельных автономных источник 16 иков вания сигналов разных фаз т.е. используется для кодироне дол б и 18. При этом источник кото жен ыть подключен в анн ц м система управления в предлагаемомент д ый мом с у тройстве общая для всех формит, шунтируется одним из диодов руемых фаз. а

1ОЕ6526

Составитель В.Моин

Редактор Л.Повхан Техред T,дубинцак Корректор С. Шекмар

Ю

:Закаэ 2264/51 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г Ужгород, ул.Проектная, 4