Способ регулирования выходного напряжения автономного инвертора

Способ регулирования выходного напряжения автономного инвертора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (ii) 612217

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 26.09.75 (2!) 2174771/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано25.06.78.Бюллетень № 23 (5!) М. Кл.

G 05 г 1/30

Н 02 М 7/537

Гооударственный комитет

Соавта Министров ССЮР по делан нзооретенкЯ и открытиЯ (53) УДК 621,316.722..1 (088.8) (45) Дата опубликования описаяия 09,06. 7 а

О, Г. Булатов и В. И. Опеицгк (72) Авторы изобретения

Московский ордена Ленина энергетический институт (7!) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОРО НАПРЯЖЕНИЯ

АВТОНОМНОЮ ИНВЕРТОРА

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано прн построении регулируемых по напряжению автономных инверторов.

Известны раэличцые способы регулирования величины напряжения внутреннимя средствами автономных инверторои напряжения, формирующих выходной сигнал при помощи последовательности прямоугольных импульсов с неодинаковыми амплитудами Ц и (2).

Способ регулирования по среднему на нолупериоде значению заключается в синхронном изменении длительностей импульсов, составляющих кривую выходного напряжения, в соответствии с измененнем амплитуды функции построения (аналога кривой выходного напряжении), частным случаем которой может быть синусоида, разбитая на равные но длительности участки, площадь каждого из которых воспроизводит определенный импульс формируемого напряжения. Качество выходного напряжения при таком регулировании ухудшается при уменьшении длительностей импульсов формирования н зачастую не может удовлетворить потребителей. Поскольку основная область применения автономных ннверторов — вторичные источники синусоидальиого напряжения, можно ограничиться синусоидой в качестве функции построения.

Кривая многоступенчатого напряжения, функцией построения которой является синусоиэда, является разновидностью амплитудно-импульсно-модулированного напряжения по сниусондальному закону, которое при максимальной длительности импульсов, составляющих волну выходного напряжения, обладает вполне приемлемым гармоническим составом и зачас16тую не нуждается в дальнейшей фильтрации. Прн регулировании амплитудно-модулированного напряжения порядок гармоник, содержащихся в.выходном напряжении и, соответственно, порядок устраняемых гармоник определяется только количеством импульсов в иолуволне ! э формируемого напряжения и. как известно, не зависит от их ширины н правила выбора амплитуды; что упрощает последующую фильтрацию.

Однако такой способ регулирования имеет

30 существенный недостаток: амплитуды высоких гармоник напряжения при уменьшении длительности импульсов, составляющих полуволну выходного канряження, резко растут, гармонический. состав заметно ухудшается. что вы25 нуждает увеличивать уСтановленную мощность

612217 фильтрук)ще) о оборудования и п()иводит к ух удшеиию технико-экономических показателей преобразовательной установки.

11елью изобретения является уменыпение искажений выходного напряжения во всем диапазоне его регулирования.

Это достигается тем, что при регулировании по известному способу, когда синусоиду выходного напряжения формируют из последовательности прямоугольных импульсов с неодинаковыми амплитудами, площа.;ь каждого из которых равна площади соответствующего участка формируемой синусоиды, а их длительности изменяют в ссютветствин с требуемой величиной выходного напряжения на всем диапазоне регулирования, сравнивают площадь каждого участка формируемой синусоиды с произведением максимально возможной длительности импульса на амплитуду меньшего по уровню импульса соседнего участка и, если сравниваемая площадь окажется меньше укаэанного произведения или равной ему,.формируют иа данном участке импульс амплитудой, равной амплитуде меньшего по уровню импульса соседнего участка.

На фиг. 1 гоказана кривая для случая, когда выходное напряжение инвертора формируется иэ пяти импульсов амплитудами А) — A3 (полупериод выходного напряжения разделеи на пять равных тактовых интервалов); на фиг. 2 показана силовая часть преобразователя, реализующего предложенный способ, и временные диа раммы, поясняющие его работу.

Величина выходного напряжения инвертора максимальна, когда паузы между импульсами формирования отсутствуют (фиг. 1а). Амплитуда импульсов выходного напряжения рассчитывается именно по этому режиму таким образом, чтобы произведение амплитуды импульса на максимально возможную длительность равнялось площади соответствующего участка синусоиды построения.

При последующем регулировании напряжения вниз от максимального значения непрерывно определяют площадь каждого участка синусоиды построения и, поскольку эти площади должны быть равны площадям соответствующих импульсов формирования, в каждый момент времени находят требуемые длительности каждого импульса путем деления величины площади на величину амплитуды.

Определение площади участка синусоидами может вестись по-разному, в частности, если в систему управления инвертором заложена опорная синусоида частотой, равной частоте формируемого выходного напряжения, с возможностью плавного регулирования амплитуды от максимального значения до нуля, амплитуда опорной синусоиды в каждый момент времени в соответствующем масштабе однозначно определяет длительность каждого импульса выходнОго напряжения, так как при жестко фиксированных границах участков синусоиды связь между длительностью ымпульсов формирования н площадями участков синусоиды линейная.

Одновременно площадь каждого участка синусоиды сравнивают с произведением максимально возможной длительности импульса на амплитуду меньшего по уровню импульса соседнего участка. Г1ока сравниваемая площадь больше упомянутого произведения регулирование производится одним лишь непрерывным изменением длительности импульсов без изменения амплитуды импульсов. На фиг. 1 б представлен один из моментов тако- .

1Гу го этапа регулирования. Подобный режим фактически тождествен моменту регулирования по известному способу.

При дальнейшем регулировании в момент, -когда площадь какого-либо участка синусои ды построения равна произведению м аксимальио возможной длительности импульсов на амплитуду меньшего по уровню импульса формирования соседнего участка, на описываемом участке синусоиды построения генерируют иыпульс амплитудой, равной меньшей по абсо20 лютной величине амплитуде импульса на соседнем участке. Так на фиг. 1 в изображен момент равенства площади участка III синусоиды построения произведению максимально возможной длительности импульса на амплитуду импульса участков II и 1Ч, в этот момент импульс формирования участка IИ уменьшают по амплитуде до соседних импульсов с одновременным расширением длительности до II8Kсимальной, амплитуды импульсов сохраняют до следующего шага регулирования.

Дальнейшее регулирование производится аналогично: находят площадь каждого участка синусоиды построения,:делят на соответствующую амплитуду импульса формирования, что однозначно определяет длительность импульса, одновременно производят операцию опи® санного сравнения.

На фиг. Ir показан момент равенства площадей участков II и IЧ синусоиды построения произведению амплитуды импульсов участков I и Ч иа максимально возможную длительность48 амплитуды импульсов участков II u IV дискретно уменьшаЮт с одновременным увеличеwee их длительности.

На фиг. 1д показан момент равенства площади участка 1Псинусоиды построения произведению амплитуды импульсов участков, 11 и IV на максимально возможную длительность.

В этот момент амплитуды импульсов всех участков становятся одинаковыми. Дальнейшее регулирование вниз ведется непрерывно вплоть до нулевого значения выходного напряжения, 50 При регулировании выходного напряжения вверх описанные процессы повторяются в обратной последовательности.

В общем случае число шагов регулирования равно N = (и — число уровней и ))-1)

Я выходного напряжения) е

Таким образом, для числа импульсов на пплуперипие i 6 п 6 (и 3) N - 3 ) - 3, иии 7 и 6 (п 4) М вЂ” 6; или ) - 9 и lir (n 5) N 10 н.т. л.

612217

15

Формула изобретения

Оп ис а нный способ регулирования реализуется посредством соответствующим образом Bhlполненной системы управления ключами инвертора. Функцией системы управления при этом является как параметрическое регулирование длительностей импульсов выходного напряжения в соответствии с требуемой величиной выходного напряжения, так и сравнение площади каждого участка формируемой синусоиды с произведением максимальной длительности импульса на амплитуду меньшего по уровню импульса соседнего участка. Логическая часть системы управления стронтся таким образом, что в случае, если сравниваемая площадь меньше описанного произведения или равна ему, подается команда на формирование на данном участке импульса амплитудой, равной меньшей по абсолютной величине амплитуде импульса соседнего участка. Система легко реализуется как на дискретных, так и на интегральных элементах широкой номенклатуры.

Одной из наиболее простых и распростра-. ненных силовых схем преобразователей, реализующнх способ, являются схемы инверторов, выполненные на трансформаторе с отпайками. Упрощенный вариант вторичной стороны силовой части такого ннвертора показан на фиг. 2а.

Первичная сторона ннвертора генерирует . двуполярные импульсы без пауз частотой, в пять раз превышающей выходную частоту ннвертора. Управляемые ключи 1, 2, 3 являются командными для получения выходных импульсов амплнтудами соответственно А1, А, А,. По сравнению с традиционным выполнением в схему ннвертора добавлен мост на управляемых ключах 4 — 7 (в диагональ которого включена нагрузка 8), осуществляющий в нужные моменты реверс тока нагрузки 8.

На фиг. 26 —,д показаны йнтервалы проводимостей цепей формирования на вторичной стороне трансформатора 9 ннвертора, соответствующие диапазонам регулирования, показанным йа фиг. 16 — д соответственно. Проводимость всех цепей (фиг.2а) двусторонняя,что может быть реализовано, например, встречнопараллельным соединением тиристоров. Включение н втуслючение ключей может производиться но командам системы управления влюбые необходнмые моменты времени.

На фиг. 26 показан момент регулирования по известному способу: кривая выходного напряження (формы фиг. 16) формируется последовательным переключением управляемых ключей 1 — 2 — 3 — 2 — 1 — I — 2..., величина выходного напряжения определяется моментами включения и,выключения управляемых ключей. б

IIa фиг. 2 в показан первый шаг регулирования по предложенному способу: в момент дискретизации изменяется алгоритм переключения формирующих ключей: I — -2 — -2--2--1— ! — 2..., одновременно изменяется последовательность переключения ключей моста.

На фиг. 2 г в момент второго шага регулирования формирующие ключи работак>т в последовательности 1 — 1 — 2 — I — I — — — !в

2 —..., соответственно изменен алгоритм работы и ключей моста 4 — 5 н 6 — 7.

Для фиг. 2В (момент последнего переключения} и далее на всем периоде выходное напряжение формируется при помощн управляемого ключа 1, поскольку амплитуды нмпульсов формирования на всех участках выходно-. го напряжения здесь должны быть одинаковы н равны А|.

Предложенный способ регулирования позволяет значительно уменьшить искажение выходного напряження прн его регулированин и за счет этого уменьшить установленную мощность фильтров.

Способ регулирования выходного нанряжеМ ния автономного инвертора, формирующего синусоиду выходного напряження прн помощи последовательности прямоугольных импульсов с неодинаковыми амплнтудамн, площадь каждого из которых равна площади соответствующего участка формируемой синусоиды путем изменения длительностей импульсов в зависимости от требуемой величины выходного напряження, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искажений выходного напряжения во всем диапазоне его регулирования, сравнивают

3В площадь каждого участка формируемой сннусоиды с пронзведением максимально возможнойй длнтельности им пульса на а м пл итуду меньшего по уровню нмпульса соседнего. участка н генерируют на- данном участке импульс амплитудой, равной амплитуде меньшего по уровню импульса соседнего участка, если величина сравннваемой площади не превышает укаэанного произведения.

Источники ннформацни, прцнятые во внимание при экспертизе:

4р 1. Авторское свидетельство СССР № 512547, кл. Н 02 М 7/537.

2.. Тонкаль В. Е., Липковскнй К. А., Мельничук Л. П. «Основные методы улучшения формы выходного напряжения однофазных ав.тономных инверторов>, Сб. «Повышение эффектнвностн устройств преобразовательной техникиъ, ч. 1 К., «Наукова думками, 1972, с. 41 — 60.

6I 2217

Редактор Е. Кравцова

Закав 3562!3

Ивык

4у

Ав

Составнтель Г. Мыцык

Техред О. Луювая Корректор А. Лакнла

Тираж 1(I33 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета Совета Министров С(.(.Р по делам изооретеинй и открьггнй

I I 3035. Москва, Ж-35, Раушская яаб., д, 4/5

Филиал П! И1 «Иатент», r. Ужгород, уа. I!Роентная, 4