Инвертор со ступенчатым квазисинусоидальным выходным напряжением

 

1. ИНВЕРТОР СО СТУПЕНЧАТЫМ КВАШСИНУСОИДАЛЬНЫМ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ, содержащий модупяго|, млпопкенвый ш базе VI мобтрвых инверторных ячеек с оыходвыми трансформаторами, вторичные охотки которых соедиввнв последовательно, задающий генератор, реверсивный счетчик и освовшЛ треттер, отпичающнА. с я тем, что, с цепью улучшения киссо1 .ба|)втных показателей, ju него введены дешщулятор, JвкгuючeнШ9Iй на выходе ин вертора , программируемое запоминакушее устройство, основные и дополнитепь ный коммутаторы и допопнительный триг гер, причем прямой выход запакядехх} ге , нератора соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходами прямого и обратного перевккя подключенного соответственно к R- и S -входам основнюго триггера, прямым и инверсным выходам связанного сортвегственно с суммирующим и вычитаюо1им входами реверсиввого счетчика, выход обратного переноса котоPOIX подключен к тактовому входу допопнитепьного триггера, выходом соединенното с управляющим входам дополнительного к(:.1мутатора, выход которого подключен It управляющему входу демодулятора, выходы триггеров реверсивного счетчика подключены к адресным входам програм (Л мируемого запоминающего устрсЛства, выходами подкточенного к управляющим . входам основных коммутаторов, выходами СезанныX с утфавляющими входами ин- ; верторвых ячеек модулятора, а входы коммутаторе соединены с прямым и ин|Версным выходами задающего генератора. о 2. Инвертор по m 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем. Что каждый коммута- СП тор выполюн на логическом апшдевте н 2-2И-2ИЛИ, Еыход которого образует :л выход коммутатора, первые входы впэддеяЭО тов 2И образуют входы ксвлмутатора а управляющий вход к(Я 4мутатора соединен непосредственно со вторым входом первого эпемевта 2И и через нЬвертирукяаий епемент - со вторым входом второго элемента 2И.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕаЪВЛИН (19) (11) зш Н 02 М 7/637

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Д ЭФЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 343007В/24-07 (22) 29.04.82. .(48) 15.08 .83. Sion. М 30 (72) . В.И. Авдзэйко, В.В.Авраамов, С.М. Гаврипенко и Ю.А. Шурыгин (71.) Научноиссйэдоватепьский институт автоматики и эпектромэханнки при Там< „4 ком институте автоматизированных csoтем управлення н рациоэлектроннкн (63) 621.314.68 (Oa8.8) 66 ) .1 Авторское свиаетепьство СССР

_#_a 506103, an. Н 02.М 7/48, 1972;

2. Пробпемы преобраэоватепьной тев, ники. ерник. Киев, 1979, ч. 2, с. 36..

3. Авторское свидвтепьство СССР

М 736303, an Н 02 М 7/48, 1977.

4. Авторское свидетепьство CCCP

% 748743, кп. Н 02 М 7/637, 1972. (64)(67) 1. ИНВЕРТМ СО СТУГНЕН-, ЧАТЫМ КВАЗИСИНУСОИД1чДЬНЫМ Вы

ХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ, содержащий модупятор, выпопненный на базе 1 моо» товых инверторных ячеек с выходными трансформаторами, вторичные обмотки которых доединэнвг последовательно, задающий генератор, реверсивный счетчик и основной триггер, о т и и ч а ю m и йс я тем, что, с целью упучшэння массогабарктвйх жжазатепей, в него введены демодупятор, вкпюченный на выходе ин: вертора, программируемое запоминаюmee устройство, основные и допопиитепт ный коммутаторы и допоцнитепьный трнг гер, причем прямой выход запакйцего ге, нератора соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходами прямого и обратного переноса подкпюченного соответственно к R- и 4-входам основного трштера, прямым н инверсным выходами связанного соответственно с суммирующим

И вычитакхцнм входами реверсивного счетчика, выход .обратного переноса которого подкнючен к тактовому входу допопнитепьного триггера, выходом соединенно го с управпякхцим входом QoIIonRKl enüso го коммутатора, выход KoToporo подкпю» чен к управляюп(ему входу демодупятора, выходы триггеров реверсивного счетчики д подкпючены к адресным входам програм Е мируэмого запоминающего устройства, выходами подкпючэнного к управпяющим входам основных коммутаторов, выходами ( связанных с управляющими входами инверторжх ячеек модулятора, а входы коммутаторов соединены с прямым и ин версным выходами задакииго генератора.

2, Инвэртор по и, 1, о т п и ч аю m и и с я тем, что каждый коммутатор выпопнен на погнческом эцэмеитэ

2-2И-2ИЛИ, выход которого образует выход коммутатора, первые входы эпемен тов 2И образуют входы коммутатора, а управпяющий вход «оммутатора соединен непосредственно со вторым входом первого энемента 2И и через инвертирующий . эпэмент - со вторым входом второго эпэмэнта 2И.

1, 1035

Изобретение относится к электротехникее и может быть испопьзовано при создании вторичных источников эпектропита- . ния с синусоидапьным выхопным напряжением дпя систем автоматики и эпектропривода.

Известен инвертор, содержащий М инверторных ячеек с выходными трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены юспедоватепьно между собой и с 10 нагрузкой. Схема управпения содержит задающий генвратор, фаэореверсивные усилители мощности с органом сравнения и измерительные пепи. Прин ип действия этого устройства основан на сравнении опорного сигнапа каждой поспедующей ячейки с напряжением, пропорциональным сумме выходного напряжения предыдуших ячеек. Путем выбора коэффипиентов траноформаиии по двоичному закону при трех g0 ячейках формируется выходное напряжение с четырьмя уровнями Г1 .

Недостатком данного инвертора явпяются ппохие массогабаритные показатепи (МГП), которые во многом определяются 25 массой и габаритами трансформаторов, работающих с частотой выходного напряжения. Кроме того, при изменении напряжения питания и тока нагрузки форма выходного напряжения изменяется. Это про- З0 исходит иэ-эа того, что выходное напряжение инверторов зависит от этих дестабипизируюших факторов, а уровень опорных . напряжений, с которыми сравниваются напряжения на выхоцах инверторов, оста=

35 ется постоянным. В режиме хопостого хода и при максимапьном напряжении питания форма наибопее прибпижена к синусоидапьной, а при номинальной нагрузке и минимапьном уровне питающего на40 пряжения число ступеней в выходном на» пражении уменьшается., Искажение формы требует увелйчения мощности выходных фильтров, что, в свою очередь, ухудшает

МГП преобраэоватепя.

Известен инвертор, содержащий Й инверторных ячеек с выходными трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены последовательно и поцкпючены к силовому входу демодупятора. Схема управления обеспечивает требуемый апго-50 ритм работы кпючей инверторов и демодулятора. При двоичном законе изменения напряжений на вторичных обмотках дпя М 3 формируются четыре ступени в кривой выходного напряжения Р 2).

Недостатком этого инвертора ивпяки ся тюхие МГП. При трех ячейках коэф

758 2 фиииент гармоник Kp= 1 1%, а снижение величины К - и обеспечение гладкой формы кривой требует увеличения массы и габаритов выходных фильтров, особенно ухудшающих МГП преобраэоватепя на низких выходных частотах.

Известен также инвертор, содержащий высокочастотный модулятор, выпопненный на и мостовых инверторных ячейках с выходными трансформаторами, вторич— ные обмотки которых соединены поспедоватепьно и включены к сиповому входу демодулятора. Схема управления содержит . задающий генератор, программируемый уэеп и усипитепи мощности, управпяюшие . работой кшочей модупятора и демодупятора $3).

Недостаток этого устройства также закшочается в плохих МГП при формировании синусоида пьной формы кривой выходного напряжения. При испопьзовании четырех ячеек (М 4) выходное .япряжение имеет две ступени (K 17%).

Снижение вепичины, и обеспечение гладкой формы достигается только за счет ухудшения МГП и усложнения схемы преобразователя.

Наибопее бпиэким по технической сущности к предпагаемому преобразователю явпяется инвертор со ступенчатой, близкой к синусоидапьной,формой выходного напряжения. Силовая часть преобраэоватепя содержит Й однофазных инверторных ячеек с выходными трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены поспедоватепьно и подключены к нагрузке. Схема управпения состоит из задающего генератора, бпока реверса попярности питающего напряжения, нупь органа, реверсивного счетчика, триггера, фазосмещатепя. При троичном законе изменения выходных напряжений ячеек эа счет предпагаемых апгоритмов работы ключей инвертора, форма выходного напряжения близка к синусоидапьной. Например, при трех инверторах (й =3) выходное напряжение имеет 13 ступеней и нупевую паузу. Коэффициент искажения синусоидальности дпя такой формы напряжения равен 3% ) 4).

Неаостаток известного преобразоватепя заключается в плохих массогабаритных жжаэателях особенно при низких выхоцных частотах. Это связано с тем, что инверторные ячейки переключатся с частотой, бпиэкой к выходной. Например, ячейка имеющая максимапьную мощность, рабвтает с час отой, всего в 1,S раза превышающей выходную, поэтому масса

3 1035 и габариты трансформаторов, как и устройства в пепом, будут очень бопьшими.

Белью изобретения явпявтся упучшение массогабаритных показателей.

Поставленная пепь достигается тем, 5 что в инвертор со ступенчатой кваэисинусоидапьной формой выходного напряжения, содержащий модупятор, выполненный иа базе Й мостовых инверторных ячеек с выходными трансформаторами, вторичные 0 обмотки которых соединены поспедоватепьно, задак1пий генератор, ревврсивный счетчик и основной триггер, введены демодулятор, включенный на выходе инвертора, програмМируемое запоминающее 15 устройство, основные и допопнительный коммутаторы и допопнитеньный триггер, прнчвм прямой выход задающего генера тора совдиюн со счетным входом реверсивного счетчика, выходами прямо- 20 го и обратного переноса подключенного соответственно к Я и Q-входам основного триггера прямым и инверсным выхО»

I дами связанного соответственно с сум»

ыируюшим и вычитаюшим входами рвввр я5 сивного счетчика, выход обратного переноса. которого подключен к тактовому входу дополнительного триггера, выходом соединенного с управляющим входом доконнитвпьного коммутатора, выход которого подключен к управпяюшему входу цвмодупятора, выходы триггеров ревер.сивного счетчика подключены к адресшлм входам программируемого запомина1 ющего устройства, выходами подкпючвнного .к управпяющим входам основных коммутаторов, выходами связанных с управпякхдими входами инвврторных ячеек модулятора, а входы коммутаторов соединены с прямым и инверсным выходами задающего генератора.

При этом каждый коммутатор может быть выполнен на логическом эпементе

2-2И-2ИПИ, выход которого образует выход коммутатора, первые входы элементов 2И образуют входы коммутатора, а управляющий вход коммутатора соединен непосредственно со вторым входом первого эпемента 2И и через инвертирующий эпемент - со вторыы входом второго элемента 2И.

На фиг. 1 показана блок-схема инвертора; на фиг. 2 - пример выпопнвния коммутатора; ю фиг. 3 - временные диаграммы найряжений на эпементах сиповой

55 части иивертора.

Инвертор (фиг.1) содержит модупятор

1, выпрпюнный на базе трех инвертоР758 4 ных ячеек 2-4, собранный по мостовой нхеме на транзисторах 5-8 с выходными трансформаторами 9-1 1, вторичные обмотки 12 — 14 которых соединены по,следоватепьно и включены на вход демоду пятора 15. Демодулятор 15 собран на кпючах 16-19 переменного тока с двухсторонней проводимостью по мостовой схеме, одна диагонапь которой служит входом, а другая — выходом двмодупятора. Каждый. нз уснлитепей мощности 2025 подкпючен к управляющим входам транвисторов одного попумоста ячеек

2-4, а усипитепь мощности 26 соединен входом с управпяюшими входами кпючей

1 6-1 9 демодулятора. Задающий генератор 27 прямым выходом соединен со счетным входом реверсивного счетчика

28, выходами триггеров которого îí подкпючен к адресным входам программируемого эапоыинающего устройства (ПЗУ)

29, Выходы ПЗУ 29 соединены с управ ляюшими входами основных коммутаторов

30-35, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего уси-. питепя мощности 20-25, а допопнитепь ный коммутатор 36 выходом соедиюн с входом усипитепя мощности 26, пврекпючаюшего кпючи демодулятора 15. Реверсивный счетчик 28 выходами прямого и обратного переноса подкпючен к И и Явходам основного триггера 37, выходы которого подключены к суммирующему и вычитающвму входам счетчика 28. Кроме того, выход обратного переноса счетчика

28 соедиюн с тактовым входом допопнитепьного триггера 38, выходом поцклк ченного к управляюшеыу входу допопнитепьного коммутатора 37. Входы коммутаторов 30-36 соедиюны с прямым и инверсным выходом задающего гвюратора

27.

Каждый коммутатор 30-36 (фиг.2) вылопнвн на элементе 2 -2И-2ИЛИ, выход которого рбразувт выход коммутатора, первые входы элементов 39 2И обре зуют вход а коммутатора, подкпючвнные к выходам задающего генератора 27. управняюший вход ячейки подкпючен ко второму входу первого элеыента 39 н через инвертор 40 - ко второму входу второго элемента 39.

На фнг . 3 приведены временныв диа- граммы тактового напряжения 41; напряжения 42-44 на выходных обмотках

12-14 ячеек 2-4; напряжение 45 на входе демодупятора и выходное напря жеюе 46 инвертора.

S 1035788 6

Сущность работы устройства основана мощности 26, то в отличие от траюисто на изменении полярности выходных на- ров ячеек 2-4 в любой момент времени пряжений 42-44 ячеек в различные мо- открытй ключи 16 и 19 ипн 17 .и 18. менты времени.. Формирование большого При этом as выходе демодупятора 15 числа уровней выходного напряжения аре- 5 формируется стутюнчато иэменякяцееся выобраэователя достигается эа счет изме- ходное напряжение 46. Приближение фон. нения выходных напряжений 42-44 ячеек мы выходного нацряжения к синусоидаш»по троичному закону, при котором амппн- ной обеспечивается за счет высокой про туда первого,напряжения 42 равна 3 "1; межуточной частоты работы ячеек 2-4 и второго 43-3 *3; третьего 44-3 9 1О большого чиспа ступеюй. При перепоаи т.д. Производят коммутации напряжений ненни реверсивного счетчика на выходе в различные моменты времени, можно прямого переноса появляется снгнап, кополучить при использовании двух инверто- торый опрокидывает основной триггер 37 ров четыре ступени, при трех «тринад- . в состояние "0" и заставляет работать цать и т.д. При выборе частоты работы 1> счетчик 28 в режиме обратного счета. ячеек в 80 и более раз выше выходной При этом на выходе демодулятора формиобеспечивается величина коэффициента руется ступенчато убывающее напряжение гармоник Кг = 3,9%. 46, симметричное показанному на фиг 3.

Работа инвертора осуществляется спе- - 20 дующим образом.

Сигнал с прямого выхода эадаклцего генератора 27 поступает на счетный вход реверсивного счетчика 28. Допустим, что основной триггер 37 находится в соо-2s тоянии "1 и обеспечивает заполнение, счетчика в прямом направлении, Прн этом параллельный нарастающий код с выходом триггеров счетчика 28 поступает на ад ресные входы программируемого запоми- gp нающего устройства 29, выполненного, например, на схеме 155 РЕ3. На первые входы элементов 2И(39) коммутаторов

30-35 поступают сигналы от прямого либо инверсного выходов задающего ге- З нератора 27, а на вторые входы подают ся противофазные сигналы с ПЗУ 29, На выходе элемента 39, а следовательно, на выходе ячейки основного коммутатора формируются последовательности импуль 4О сов, повторяющие сигналы задающего генератора, снимаемые с прямого либо инверсного выхода его. Каждый выход основных коммутаторов 30-35 подключен к своему усилитепю мощности, выпопненному по инверторной схеме с нулевой точкой, формирующему последовательности импульсов таким образом, что на выходной обмотке каждого инвертора могут формироваться напряжены t-1; 0; +1, На фиг. 3 показано тактовое напряжение

41, позволяющее судить î цопярности вы- : ходного напряжения 42-44 каждой ячей ки 2-4. Сигналы с выхода дополнительного коммутатора 36, который выцопнен, по одинаковой схеме с основным, спедуют также с частотой задающего генератора.

Так как демодулятор переключается под действием сигналов одного усилителя

При обнулении счетчика 28 as выходе обратного переноса появляется импупьс, опрокидывающий основной триггер 37 в состояние 1, воздействуклцее на входы прямого и обратного счета. Процесс работы счетчика 28 при этом происходит аналогично рассмотренному. Одновремен но при обнулении счетчика 28 импульс с выхода обратного переноса последнего поступает на тактовый вход допопнитепь ного триггера 38 и изменяет его состояние. Сигнал с выхода дополнительного триггера 38 поступае на управляющий вход дополнительного коммутатора 36 и осуществляет реверс фазы работы ключей демодуцятора 15 на 180 an. град. На выходе инвертора формируется отрицатель ная попуволна выходного напряжения 46.

Таким образом, в предлагаемом устройстве при выпоиненин силовой части, содержащей модулятор и демодулятор, осуществляется преобразование постоянного напряжения в переменное с высокой частотой. Построение системы управпения, содержащей реверснвный счетчик, программируемое запоминающее устройсТВо1 коммутатОры1 Основной и Аепопии тельный триггер, выцопненной на цифровых элементах, позволяет осуществпять коммутацию всех транзисторов инвертор ных ячеек, т.е. обеспечивать три состояния (+ "1»; «0»; -«1 ) каждой ячейки относительно тактового сигиапа. Измеюние коэффициентов трансформации выходных трансформаторов осутествцяется по троичному закону. Поэтому в вы ходком напряжении преобразоватепя формируется

6on асп уюй 8 (nps И 3

8 *13) Выбор частоты работы ннверто.

7 1035758 8, ров в 80 и Ъолее раэ большей выходной основном только массой полупроводникочастоты преобразователя обеспечивает вых элементов и обеспечивается замена большую ступень приближения к синусо- сердечников иэ электротехнической стали иде. Например, при вы.ходной частоте на ферритовые при одновременном умень

1 50 Гц частота работы инверторов шении объема меди, используемой на издолжна быть большей 4000 Ри,.при етом готовление обмоток. Это помимо уменьдля f 13 К *,3,9%. При дальней- шения .габаритов преобразователя . снижа:шем повышении частоты масса силовой ет- материалоемкость трансформаторов и части преобразователя определяется в . стоимость их.

Составитель В. Моин

Редактор N. Петрова Техред А.Бабинец Корректор A. Даетко, Заказ 5851/57 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и mrрытий

1l3035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4/5

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