Способ формирования квазисинусоидального напряжения из постоянного напряжения

Способ формирования квазисинусоидального напряжения из постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

wcая

:;„: 1 й! ОП ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕН И

Союз Советских

Социалистических

Респубпик

<" > 684697

К АВТОРСКОМУ СВИДЙТЕДЬСТ (бl) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.03.77 (21) 24б3012, 24-07 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (51),Ч 1 > 2

Н 02 М 7 48

Госудорстеенный нокотет

СССР по делам иэооретеннй н открытий

Опубликовано 05.09.79. Бюллетень № ЗЗ

Дата опубл икова ния описания 15.09.79 (53) УДК 621.314. .27 (088.8) (72) Авторы изобретения

B. С. Руденко, В. И. Сенько и А. В. Буденный (71) Заявитель

Киевский ордена Ленина политехнический институт имени

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ ИЗ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области преооразовательной техники и может быть использовано в системах электропитания, в электроприводе для получения низкочастотного переменного напряжения квазисинусоида IbHQH формы при питающей сети постоянного тока.

При использовании известных способов получения квазисинусоидального напряжения с промежуточным повышением частоты выходное напряжение в основном имеет вид либо ступенчатой функции (1), (2), либо импульсного напряжения, широтно-модулированного по закону выходного (3) напряжения. В первом случае необходимость получения выходного напряжения высокого качества на низких и инфранизких частотах приводит к увеличению числа ступеней и, как следствие, числа силовых переключающих элемептов,так как фильтруюшее действие нагрузки и сглаживаюших фильтров на указанных частотах снижается. Кроме того, затруднено регулирование выходного напряжения. Во втором случае наличие на всем периоде выходного напряжения «провалов» до нуля приводит к существенному )акосту гармонических составляющих, особенно в области высоких частот. Улучшение гармонического состава напряжения в данном случае посредством установки фильтров иногда недопустимо по причине возможного возникновения конденсаторного самовозбуждения при двигательной нагрузке.

Известен также способ, согласно которому несколько полученных из постоянного напряжения высокочастотных напряжений с относительным фазовым сдвигом, изменяемым по заданному закону, суммируют, d затем результирующее напряжение демодулируют. Высокочастотные напряжения при этом получают с помошью резонансных инверторов (4) .

Выходное напряжение в этом случае, имея «провалы» до нуля на всем своем периоде,обладает теми же недостатками, что и в слх чае формирования выходного напряжения широтно-импульсным способом. Кро20 ме того, при аппаратурной реализации указанного способа наличие в инверторах резонансных контуров, рассчитанных на половину мощности в нагрузке, приводит к

684697 ухудшению массогабаритных показателей и реоб разо в ател я.

Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения с одновременным улучшением массогабаритных показателей преобразователя при его аппаратурной реа$ лизации.

Это достигается тем, что часть высокочастотных напряжений формируют синфазно по отношению друг к другу, а каждое из высокочастотных напряжений другой части сдвигают последовательно друг за дру- <о гом по закону опорного сигнала заданной формы с частотой, равной частоте квазисинусоидального (выходного) напряжения, причем в начале каждого полупериода опорного сигнала высокочастотные напряжения

1$ однои части формируют в противофазе по отношению к высокочастотным напряжениям другой части, а сдвиг фазы очередного высокочастотного напряжения производят после достижения фазы предыдущего высокочастотного напряжения предельного значения, равного полупериоду этого высокочастотного напряжения. В результате удается повысить качество выходного напряжения за счет уменьшения амплитуды «провалов» в нем с одновременным улучшением массогабаритных показателей преобразователя при аппаратурной реализации, благодаря исключению из инверторов резонансных контуров.

На фиг. представлен преобразователь, структурная схема, иллюстрирующая заяв- зу лясмый способ получения низкочастотного переменного напряжения; на фиг. 2 — эпюры напряжений; на фиг. 3 представлен один из возможных вариантов выполнения схемы, входящей в состав, системы 1 управления и обеспечивающей сдвиг фазы управляющего напряжения инверторной ячейки в соответствии с сигналом опорного напряжения U«, на фиг. 4 — диаграммы ее работы.

Рассмотрим работу преобразователя для одного из наиболее простых случаев. Пусть 4р необходимо получить переменное низкочастотное напряжение, изменяющееся по закону пилообразного напряжения.

Опорное напряжение 1!«пилообразной формы поступает на один из входов устройства 1 управления, вырабатывающее импульсы управления, которые поступают на блок 2 инверторных ячеек. При опорном напряжении U, равном нулю, блок инверторных ячеек вырабатывает два синфазных высокочастотных напряжения; U 2,1; 1) 2,2 и про- $o тивофазных напряжения U 2,3, U2,,4 по отношению к U2,,1,,U 2,2. Напряжения V 2,1, U 2,2 являются неуправляемыми по фазе, а напряжения V 2,3, U 2,4 — управляемыми.

С момента t под действием сигналов управления с блока 1 управления начинает изменяться по закону опорного напряжения фаза высокочастотного напряжения U2,,3.

К моменту времени tq она изменяется от 180 до 360 и тем самым исчерпывает свой диапазон регулирования. Поэтому с момента времени t< начинает изменяться фаза напряжения U 2,3, которая на интервале времени to — t> оставалась постоянной и равной 180 . Изменение фазы указанного напряжения продолжается до времени ta и также достигает значения 360 . С этого момента времени начинается спад опорного напряжения U«пилообразной формы и процессы регулирования фаз напряжений U 2,3, U 2 4 идут в обратном порядке, т. е. на интервале времени tp.— t, изменяется от 360 до

180 фаза напряжения U2,,4,а на интервале t,— t„— фаза напряжения U 2,3 в том же диапазоне. В отрицательный полупериод опорного напряжения V«процессы изменения фаз протекают аналогично.

Напряжения U 2,1, V2,,2,,U 2,3, U 2,4 инверторных ячеек алгебраически суммируются в сумматоре 3 и на его выходе формируется напряжение V 3.

Введение обратной связи с выхода демодулятора 4 на вход устройства управления позволяет осуществить стабилизацию выходного напряжения.

Рассмотрим принцип .действия. На инвертирующий и неинвертирующий входы компаратора 5 поступают соответственно опорное напряжение U «требуемой формы и пилообразное напряжение U<, синхронизированное с напряжениями U, Ue задающего высокочастотного генератора, поступающие также на входы а и б логических схем И вЂ” HE 6,7. С выхода компаратора 5 напряжение Vs, широтно-модулированное по закону опорного напряжения Uon, поступает на другие входы логических схем

6, 7. Выходные напряжения схем И вЂ” HE 6, 7, 8, 9, 10 соответственно обозначены Va, U, (!е,1-4 и«, Напряжения Vq, U

Vg U y от начальных значений до конечных. При дальнейшем росте U«и выходе

его текущего значения за амплитуду пилообразного напряжения U (момент времени t диапазон регулирования фаз управляющих напряжений V>, U

Схема управления инверторной ячейкой с выходным напряжением U2,4 аналогична.

Отличие состоит только в том, что пилообразное напряжение U„,ïoäàâàåìoå на вход компаратора, смещено вверх на величину его аплитуды. Таким образом, опорное напряжение U«npv выходе из зоны регулирования для инверторной ячейки с напряже84б97

<о

Фс)р.т).!и изодреTc нп I

2О

çs

5О

55 б

» нием U2,3 попадает в зону регулирования ячейки с напряжением U 2,4. Следует отметить, что система управления обеспечивает однозначную связь между текущим значением опорного напряжения U и значениями сдвига фаз высокочастотных напряжений U 2,3, U 2,4. В связи с этим при уменьшении амплитуды опорного напряжения 11оп вначале будет уменьшаться диапа"-он регулирования фазы напряжения U 2,4 (а также временной интервал t) — 1, изменения фазы) и при достижении L о„половины своего первоначального значения, фаза напряжения U 2,4 будет оставаться равной 180 на всем периоде опорного напряжения. При дальнейшем уменьшении амплитуды опорного напряжения будет уменьшаться диапазон регулирования фазы напряжения U 2,3. Таким ооразом, изменением амплитуды U оп возможно регулирование выходного напряжения преобразователя от своего максимального значения до нуля.

Синфазные высокочастотные напряжения Ь 2,1, L 2,2 могут быть заменены одним высокочастотным 1, апряжением с той же фазой, но с амплитудой, равной сумме амплитудш гх значений напряжений U 2,3, L 2,4.

Однако это приведет к неравномерной загрузке инверторных ячеек.

Число высокочастотных напряжений,управляемых llo фазе, возможно увеличивать, что приведет к увеличению числа ступеней в выходном низкочастотном напряжении, и, как следствие, к уменьшению доли «широтно-импульсного» напряжения.

Таким образом, низкочастотное выходное напряжение преобразователя представляет собой ступенчат..ю функцию с широтно-импульсной модуляцией на ступенях по закону изменения опорного напряжения. Такая форма выходного напряжения преобразователя обладает меньшим коэффициентом гармоник по сравнению с прототипом, так как амплитуда широтно-импульсного напряжения составляет только часть выходного напряжения. Кроме того, ширОтнО-импульсная модуляция осуществляется по закону изменения опорного напряжения, что приводит к «сглаживанию» ступенчатого напряжения.

Работа преобразователя была рассмотрена при опорном напряжении 1, « пилообразной формы. Однако все вышеизложенные выводы и принцип работы сохраняются и для других форм опорного напряжения, например синусоидальной.

При этом для получения низкочастотного переменного напряжения квазисннусоидальной формы достаточно заменить только опорное напряжение пилообразной формы на синусоидальное.

Способ получения низкочастотного переменного напряжения позволяет улучшить форму выходного напряжения за счет устра6 пения «провалов» до нуля на большей части его периода. Изменение параметров о)п)рного эталонного напряжения, т. е. его и;)стоты и амплитуды, позволяет осуществить соответствующее регулирование параметров выходного напряжения, причем предлагаемый способ позволяет аппроксимировать напряжение любой формы в зависимости оТ формы эталонного напряжения. Кроме того, данный способ дает возможность повысить массогабаритные показате1и при его аппаратурной реа1изации вслеlcTIÇHc отсутствия резонансных контуров в а3!плптудныхх модуляторах, которые могут быть выполнсны на основе известных инверторных схем, 11апример мостовой, полумосто13ой, со средней точкой.

Способ формнроваш1я квазнсинх сон,1ального напряжения нз по ToHHHolo напряжения пхте)1 сх 51 I и ров а ни я нсскОл1>к их по 1 х ченных из постоянного напряжсння высокочастотных напряжеш1й с относительным фазовым сдвигом, нзмсч1яемым по заданному закону и последуюсцей демодуляции результирующего напряжения, от.!пчпнт(ш1сч те31, что, с цель|о повышеш)я качества выходного напряжения и улучшения массогабарнтных показателей прп его аппаратурной реализации, одну часть высокочастотных напряжений формнрук)т спнфазно Но отношеHIIIo друг к другу, а каждое пз высокочастотных напряжений другой части сдвигают последовательно друг за другом по закону опор)нтго сигнала заданной формы с частотой, равной частоте квазнсннусондального напряжения, причем в начале каждого полупериода опорного сигнала высокочастотные напряжения одной части формируют в противофазе по отношенн)о к высокочастотным напрям опиям другой части, а сдвиг фазы очере1нoгo высокочастотного напряжения производят после достижения фазы предыдущего высокочастотного напряжения предельного зн;1чения, равного полуперноду этого высокочастотного напряжения.

Источники информации, принятые 13о внимание при экспертизе

1. Миловзоров В. П.. ЛЬсолин Л. К,.

Чорозов A. С. Стабилизированный преобразователь .постоянного напряжения в персменное ступенчато-синусондальное, книга

«Современные задачи преобразовательной техники», ч. 4, ИЭД АН УССР. Киев. 1с!75.

2. 11арников С. Il., Гаврилов Л. Н., Чайоров К. Н. 3,искретный инвсртор ступенчато-синусоидального напряжения с промежуточным звеном повышенной частоты, труды

684697

02,5

02,4

Рязанского радиотехнического института, вып. 44, 1973, 3. Тонкаль B. Е., Липковский К. А., Мельничук Л. П. Способы улучшения качества выходного напряжения автономных инвер оров, «Препринт-49», ИЭД АН УССР, Киев, 972.

4. Тонкаль В. Е., Мельничук Л. П., Новосельцев А. В., Дыхненко Ю. И. Метод биений и построение на его основе тиристорных преобразователей частоты с регулируемыми параметрами синоусидального напряжения, книга «Современные задачи преобразовательной техники», ч. 3. Киев, 1975.

684б97

С оста в ител ь Г. М ы цы к

Редактор Ю. Челюканов Техред О. Луговая Корректор Е. Папи

Заказ 5770/57 Тираж 857 П одпнсное

ЦН И И П И Государственного комитета CCC P по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4f5

Филиал П П П к Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4