Инвертор с синусоидальным выходным напряжением
Иллюстрации
Реферат
()))951610
Союз Советскии
Соцналмстнческнк . Ресгтублин
Оп ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву (51)М. Кл.
Н 02 М 7/537
Н 02 М 1/12 (22) Заявлено 17.11.80 (21) 3005627/24-07 с присоелинением заявки РЙ
3ооудоротвкииый комитет
СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликовано 15.08.82. Бюллетень № 30
Дата опубликования описания 15.08.82 (53) УДК621.314. .58(088. 8) (72) Автор изобретения
В. Ф. Дмитриков,, )()) ., г,./, ()1г .)(Ленинградский ордена Ленина политехни4еский ийститут" им, M. И. Калинина (71) Заявитель (54) ИНВЕРТОР С СИНУСОИДАЛЬНЫМ
ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания, электропривода, автоматики и связи.
Известны инверторы, в которых формируется выходное напряжение в виде сту5 пенчатой кривой, аппроксимирующей синусоиду $1)
Недостаток таких преобразователей. состоит в том, иго для компенсации боль-, шого числа гармоник требуется большое количество ячеек, каждая из которых формирует свою ступень выходного напряже(-. ния. Это приводит к увеличению массогабаритных характеристик и уменьшению надежности преобразователя.
Наиболее близким техническим реше . нием к изобретению является ключевой генератор синусоидвльных колебаний с активной режекцией высших гармоник, В zp этом генераторе для уменыиения величины гармоник используется компенсационный усилитель, включенный параллельно нагрузке. Ключевой усилитель мощности подключен к нагрузке через дроссель. Если фаза и амплитуда выходного напряжения компенсационного усилителя равны фазе и амплитуде первой гармоники напряжения на нагрузке, то подключение компенсационного усилителя не изменяет режима работы ключевого усилителя и его первая гармоника тока замыкается только через нагрузку. Для высших гармоник выходное сопротивление компенсационного усилителя много меньше сопротивления нагрузки, поэтому высшие гармоники тока ключевого усилителя протекают не через нагрузку, а через шунтирующий ее компенсационный усилитель (2 ) .
Однако наличие дросселя, включенного между ключевым усилителем и нагрузкой, существенно снижает выходную мощность в нагрузке, т.е. использование твного генератора квк по напряжению, твк и по мощности мало.
Недостатком устройства является также то, что компенсационный усилитель не отдает мощность первой гармоники в
95161 нагрузку, а тогда, когда амплитуда и фаза на его выходе равны амплитуде и фазе первой гармоники напряжения на нагрузке создаваемого ключевым усилителем. Однако при работе в диапазоне частот амплитудные и фвзовые соотношения нарушак гся. При этом компенсационный усилитель отдает мощность первой гармоники в нагрузку. КПД компенсационного усилителя существенно мень- о ше КПД ключевого, поскольку первый работает в режиме класса А или В. Следовательно, при работе прототипа в диапазоне частот КПД системы в целом невы- сок. 35
Кроме того, напряжение питания и, потребляемая мощность в компенсвционФ ном усилителе прототипа велики. Это обусловлено тем, что компенсационный усилитель включен параллельно нагрузке, 20 поэтому напряжение питания компенсационного усилителя для снижения собственных искажений должно быть равным или несколько большим напряжения на нагрузке.
Iles» изобретения — повышение КЛД и 25 расширение диапазона регулирования частоты.
11ель достигается тем, что в инвертор, содержащий задающий генератор, ключевой усилитель мощности, в выходную цепь yp которого включен последовательно дроссель и компенсационный линейный усилитель, введены два делителя напряжения, конденсатор фильтра, инвертирующий усилитель, сумматор, режекторный фильтр и вспомогательный последовательный Ь-С контур, причем выход компенсационного усилителя подключен параллельно цепочке, состоящеф из указанного дросселя и включенного последовательно с ним конденсатора, вход компенсационного усилителя через режекторный фильтр подключен к выходу сумматора, один вход которого соединен через первый делитель напряжения с выхо-„ дом инвертора, в второй вход соединен через последовательно включенные вспомогательный последовательный (, -С контур, инвертируюший усилитель и второй делитель напряжения с выходом задающего генератора.
Нв чертеже приведена схема предлагаемого устройства.
Инвертор содержит задающий генера гор
1, ключевой усилитель 2, выход которого соединен с нагрузкой 3 через последовательный колебательный контур 4, состоящий из дросселя и конденсатора, компен, сационный усилитель 5, режимный фильтр
0 4
6, сумматор 7, один вход которого через делитель напряжения 8, инвертирую
Ф щий усилитель 9 и вспомогательный последовательный -С контур 10, идентичный последовательному контуру 4, соединен с задающим генератором 1, а второй вход чер.ез делитель напряжения 11 с нагрузкой 3. Выход компенсирующего усилителя 5 подключен параллельно контуру 4.
Преобразователь напряжения работает следующим образом.
Сигнал с выхода задающего генератора 1 поступает на вход ключевого усилителя 2, С выхода ключевого усилителя 2 выходное напряжение знакопеременной прямоугольной формы поступает на последовательно соединенные нагрузку
3 и последовательный контур 4. При отсутствии блока 5 через нагрузку протекает ток высших гармоник ключевого усилителя 2, ослабленный последовательным резонансным контуром 4. Для увеличения рабочей полосы частот преобразования и уменьшения массо-габаритных характеристик контура 4, а следовательно, преобразователя, добротность контура должна быть мала. Поэтому фильтрующие свойства такого контура низки и через нагрузку протекве-г большая величина тока гармоник, Если амплитуда и фаза выходного напряжения компенсационного усилителя 5 равны амплитуде и фазе гармоник ключевого усилителя 2, то такое же напряжение высших гармоник будет на контуре 4. Поэтому через нагрузку не протекает ток высших гармоник. В последовательном низкодобротном контуре 4, резонансная частота которого равна средней частоте рабочего диапазона преобразователя, индуктивное сопротивление для первой гармоники компенсируется емкостным сопротивлением, поэтому первая гармоника тока, ключевого усилителя 2 практически не создает падения напряжения на контуре 4. Следовательно, напряжение первой гармоники на нагрузке 3 равно нвпряжению первой гармоники ключевого усилителя 2, т.е. использование такого генератора по напряжению и мощности гораздо лучше, чем в прототипе.
На последовательном контуре 4 происходит падение напряжения высших гармоник, т.е. максимальное напряжение нв контуре 4 значительно меньше, чем падение напряжения первой гармоники на нагрузке 3. Поэтому и напряжение
Источники информации, 4> принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
¹ 558361, кл. Н 02 М 1/12, 1974.
2. Труды Горьковского политехнического института им. А. А. Жданова, т. 29, вып. 7, 1973, с. 18.
5 9516 источника питания компенсационного усилителя 5, подключенного параллельно контуру 4 в предлагаемом устройстве, а следовательно, и потребляемая мошносъ компенсационного усилителя 5, значительно меньше, чем в прототипе, где компенсационный усилитель подключается цараллельно нагрузке, на которой выделяется большое напряжение первой гармоники.
В предлагаемом устройстве первая i0 гармоника тока протекает через компенсационный усилитель 5 только в том случае, если она имеется на его выходе. Ее устранение на входе компенсационного усилителя 5 при работе преобразо- 15 вателя в диапазоне частот осуществляется с помощью режекторного фильтра 6 и сумматора 7, на один вход которого подается напряжение первой и высших гармоник с нагрузки 3 через делитель 11, 20 а на второй первая гармоника с выхода задающего генератора 1 через делитель напряжения 8, инвертирующий усилитель
9 и последовательный контур 10, идентичный контуру 4. Благодаря действию 25 инвертирующего усилителя 9, изменяк» щего полярность входного напряжения, и контура 10 напряжения первой гармоники на входах сумматора 7 противофазны при работе преобразователя в диана- зо зоне частот. В режекторном фильтре б происходит дополнительно фильтрация первой гармоники, а благодаря частотным свойствам режекторных фильтров практически не происходит сдвига фаз высших гармоник..
Необходимость осуществления филь- трации первой гармоники одновременно с помощью сумматора и режекторного фильтра обусловлена следующим. Поскольку величина первой гармоники в нагрузке практически всегда на несколько порядков превышает высшие гармоники, то необходимую степень подавления первой гармоники только в сумматоре при передаче высших гармоник без значительных искажений не удается. Поэтому необходимо осуществлять дополнительную фильтрацию с помощью режекторного фильтра
6, который осуществляет фильтрацию первой гармоники и не производит сдвига фаз высших гармоник. В свою очередь подавление первой гармоники только с помошью режекторного фильтра при работе преобразователя в диапазоне частот невозможно, поскольку требуется фильтрация первой гармоники на несколько порядков, что приведет к резкому, уменьшению полосы пропускания режекторного фильтра и к сужению диапазона изменения частоты.
Формула изобретения
Инвертор с .синусоидальным выходным напряжением, содержащий задающий генератор, ключевой усилитель мощности, в выходную цепь которого включен последовательно дроссель и компенсационный линейный усилитель, о т л и ч в юшийся тем, что, с целью повышения
КПД и расширения диапазона регулирования частоты, в него введены два делителя напряжения, конденсатор, фильтра, инвертируюший усилитель, сумматор, режекторный фильтр и вспомогательный последовательный Ь-С контур, причем выход компенсационного усилителя подключен параллельно цепочке, состоящей из указанного дросселя и включенного последовательно с ним конденсатора, вход компенсационного усилителя через режекторный фильтр подключен к выходу сумматора, один вход которого соединен через первый делитель напряжения с выходом инвертора, B вторбй вход соединен через последовательно включейные вспЬмогательный Ь-С контур, инвертируюший усилитель и второй делитель напряжения с выходом задающего генератоPB.
951610
Составитель В. Моин
Редактор Л. Долинич Техред A.Áàáèíåè Корректор E. Рошко
Заказ 5968/71 Тираж 721 П одписное
БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и огкрьггий
113035, Москва, >l(-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 1