Устройство для управления автономным инвертором напряжения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, формирующим выходное напряжение из 2N импульсов на полупериоде, содержащее источник управляющего напряжения , подключенный к входу румматора , генератор линейноизменяющегося напряжения, распределитель, выходы которого предназначены для подключения к вентилям инвертора и связаны с управлякицими цепями N ключей , от л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения фнукциональных возможностей, оно снабжено N источниками постоянного напряжения, линейным звеном, (N-1) суммирую- ; щими усилителями с прямым и инверсным входами и компаратором, причем выход источника управляющего напряжения подключен к инверсным входам суммирующих усилителей и к входу линейного звена, выходы которых через ключи подключены к входам сумматоре, вькод которого подключен к одному входу компаратора, другой вход которого подключен к выходу генератора линейноизменяющегося напряжения, выход компаратора подключен к входу распред1елителя , прямые входы суммирующих усилителей подключены к (N -1) источникам постоянного напряжения, N-й источник постоянного напряжения подключен к входу сумматора.

39 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО.И

РЕСПУБЛИН (Ю 011,А

3(д) Н 02 P 13/18.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТКОЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

f " " qqe p, l3,". .„ ; " ц, йВлщп цд

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3495128/24-07 (22) 27.09.82 (46) 07 ° 07.84.Бюп. В 25 (72) Ю.А.Дмитренко, В.И.Олещук и E.Å.×àïëûãèí (71) Отдел энергетической кибернетики АН Молдавской ССР (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Калашников Б.Е. Кривицкий С.О. Эпштейн И.И. Системы управления автономными инверторами.М., "Энергия", 1974, с. 95.

2. Авторское свидетельство СССР

b» 576653, кл. Н 02 P 13/16, 1976. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, формирующим выходное напряжение из

2N импульсов на полупериоде, содержащее источник управляющего напряжения, подключенный к входу сумматора, генератор линейноизменяющегося напряжения, распределитель, выходы которого предназначены для подключения к вентилям инвертора и связаны с управляющими цепями Н ключей, отличающееся тем, что, с- целью расширения фнукциональных возможностей, оно снабжено М источниками постоянного напряжения, линейным звеном, (М-1) суммирую- „ щими усилителями с прямым и инверсным входами и компаратором, причем выход источника управляющего напряжения подключен к инверсным входам суммирующих усилителей и к входу линейного звена, выходы которых через ключи подключены к входам сумматора, выход которого подключен к одному входу компаратора, другой вход кото- Щ г рого подключен к выходу генератора линейноизменяющегося напряжения, выход компаратора подключен к входу распределителя, прямые входы суммирую-. щих усилителей подключены к (Й -1)

Ф источникам постоянного напряжения, М-й источник постоянного напряжения подключен к входу сумматора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления автономными инверторами напряжения. Известно устройство для управления инвертором, содержащее задающий генератор, модулятор,,блок сравнения, реализующее метод ,широтно-импульсного регулирования (ЯИР), при котором длительности импульсов кривой выходного регулиро- 10 вания в процессе регулирования остаются равными между собой(1 .

Однако данное устройство являет.ся сложным. При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) кривой выходного íà- 15 пряжения длительности выходных импульсов инвертора модулируются по синусойдальному или близкому к нему законам, благодаря чему достигается улучшение спектрального состава выходной 20 кривой. Основной недостаток систем управления. с ШИМ вЂ” необходимость в наличии высокоточного генератора синусоидальных колебаний.

Наиболее близким к изобретению по 25 технической сущности является устройство для управления автономным нвер- . тором с Многоуровневым выходным напряжением, позволяющее формировать на выходе регулируемого широтно-импулЬсным способом инвертора напряжение улучшенного гармонического состава, содержащее источник управляющегЬ напряжения, подключенный к входу сумматора, генератор линейноизменяющегося напряжения, распределитель и Я ключей(2).

Указанное устройство разработано для применения в инверторах с выходным напряжением, формируемым из импульсов неодинаковых амплитуд„ 40 регулируемым по законам ШИР, и для эффективного управления инверторами с .одноуровневым выходным напряжением и улучшенным качеством выходного напряжения непосредственно быть ис-, пользовано не может.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей системы управления инвертором применительно к варианту его использования для формирования регулируемого одноуровневого выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления автономным инвертором напряжения, формирующим выходное напряжение из

2N импульсов на полупериоде, содержащее источник управляющего напряжения, подключенный, к входу сумматора, генератор линейноизменяющегося напряжения, распределитель, выходы которого предназначены для подключения fc вентилям инвертора и связаны с управляющими цепями 1 ( ключей, снабжено N источниками постоянного напряжения, линейным звеном g (Й -1) суммирующими усилителями с прямым и инверсным входами и компаратором, причем выход

Источника управляющего напряжения подключен к инверсным входам суммирующих усилителей и к входу линейного звена, выходы которых через ключи подключены к.входам сумматора, выход которого подключен к одному входу компаратора, другой вход которого подключен к выходу генератора линейноиэменяющегося напряжения, выход компаратора подключен к входу распределителя, прямые входы суммирующих усилителей подключены к (М -1) источникам постоянного напряжения, М -й источник постоянного напряжения подключен к входу сумматора.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы системы управления.(В рассматриваемом случае выходное напряжение формируется из шести импульсов на полупериоде, т.е. 2N = 6, N= 3).

Устройство состоит из генератора 1 линейноизменяющегося напряжения, компаратора 2, связанных между собой источника .3 управляющего напряжения и сумматора 4. Выход компаратора 4 связан с распределителем 5 управляющих импульсов. К входу сумматора подсоединена цепь, состоящая из линейного звена 6 и ключа 7, а также цепочки, первая из которых содержит источник 8 постоянного напряжения, усилитель 9 и ключ 10, а вторая — соответственно источник 11 постоянного напряжения, усилитель 12 и ключ 13, Кроме того„ непосредственно к входу сумматора подключен источник 14 постоянного напряжения.

Принцип действия системы управления заключается в следующем.

При малой величине управляющего напряжения и соответственно действую-, . щего значения выходного напряжения кривая выходного напряжения инверто40

Гзьц(/ 1

3 1102 ра состоит из равномерно следующих цруг за другом импульсов незначительной длительности (фиг.2а), формирование выходного напряжения при этом осуществляется по близким к ШИР законам.

С увеличением величины управляющего сигнала пропорционально растут .. длительности ь„ импульсов кривой выходного напряжения и одновременно в 10 системе осуществляется частотная модуляция временного положения импульI сов, которые плавно смещаются к цент-. ру полуволны выходного напряжения (фиг.2в), благодаря чему обеспечива; ется улучшение гармонического состава выходного сигнала инвертора по сравнению с ШИР. Угол смещения каждого . -го импульса 9 -.пропорционален вели1 чине управляющего сигнала. 20

Система функционирует следующим образом.

В начале полупериода (такт "0" распределителя, фиг.2з) ключи 7, 10 и 13 разомкнуты. На компаратор 2 (его выходное напряжение — на фиг.2г), подается линейноизменяющееся напряжение с крутизной 5 от генератора 1 (показано на фиг.26 вместе с выходным сигналом сумматора) и сумма напряжений источников 3 и 14. Величина постоянного напряжения источника

140„„выбирается из условия задания пОложения переднего фронта импульса выходного напряжения при малых величинах управляющего сигналаО

35 3

T8btx (п1 9К где Т „ — период кривой выходного напряжения инвертора.

При росте 0> срабатывание ком паратора 2 задерживается на угол

1 (соответствующий временному интервалу Ф,„ ) 415 = Цч (2)

После срабатывания компаратора 2 распределитель 5 переходит в следующее состояние и включается ключ 7 !! 11 (такт 1 ), пр и этом на сумматор 4 подается через линейное звено б с коэффициентом передачи К наи пряжение U> K и . Новое срабатывание компаратора 2 (переход к такту "2") соответствует моменту формирования паузы в кривой выходного напряжения. Длительность импуль014 4 сов выходной кривой.инвертора.при этом определяется как

Кл() — (3) В такте "2" распределитель 5 переходит в новое положение, при этом ключ 7 размыкаечся, включается ключ 10 (фиг.2.д,е), на сумматор 4 подается управляющее напряжение непосредственно и через суммирующий усилитель 9, что в сумме дает величину U (1- Кп„), где Кд — коэффициент передачи усилителя 9. ФазоBeld cgHHF (временной интервал Ф )у

2 определяемый величиной 0, при этом равен

k2 S =0„(1- К„„), (4)

При Ц -+ 0 передний фронт второго импульса кривой выходного напряжения отстоит от переднего фронта первого импульса на величину соотношенияТ8 (2Н.

8ых 1 для этого величина постоянного напряжения 0„> источника 8 должна приниматься равной

Вых

4М Кя

При увеличении U> угол 2 растет медленнее, чем в 1/(1-k j раз.

После очередного срабатывания компаратора 2 распределитель переходит в такт "3", по-прежнему включен ключ 10, вновь замыкается ключ 7 (фиг.2д, е) .

На этом такте формируется второй от начала полупериода импульс выходной кривой с длительностью Г,„

На такте "4" замыкается ключ 13 (фиг.2 ж), фазовый сдвиг Y передне3 то фронта третьего импульса кривой выходного напряжения (временной интервал т, ) зависит от величины

1 5 =u (a-К„2), fe) где К„ — коэффициент передачи суммирующего усилителя 12.

Величина ()п источника 11 постоянного напряжения выбирается равной

Пз- 2 ч к 1 (1) 2 благодаря чему при U - 0 передний фронт

Y третьего по порядку импульса выходной кривой отстоит от первого на интервал

1102014

10 щщцдц Заказ 4780/42 Тираж 667 Полписное

Филиал ШШ тай, г.Узгород, ул.Проектная, 4

В такте "5" включены ключи 7 и 13, длительность выходных импульсов определяется выражением (5). В такте

"6" после нового срабатывания компаратора 2 положение. ключей не из5 меняется. В течение этого такта изменяется направление напряжения ге, нератора 1 при сохранении величины его крутизны. Далее (в тактах "7"—

"11") процесс развивается аналогично, но в обратной последовательности, что позволяет обеспечить симметрию кривой выходного напряжения инвертора.

Для изменения частоты и периода выходного напряжения в устройстве следует изменять амплитуду напряжения генератора 1 и, пропорционально этому, напряжений U„, 0„, 0„ что не представляет схемных трудностей при питании генератора 1 и источников 8, 11 и 14 от одного источника питания.

Дополнительные источники 8, 11 и 14 могут рыть выполнены в виде

25 простейшего резистивного делителя, а линейное звено — на операционном усилителе. Распределитель 5, как и в известном устройстве, может быть построен по схеме реверсивного счетчика, порядок работы которого задан временными диаграммами (фиг.2 д-ж).

Число состояний счетчика равно (2H-1), т.е. при М =3 счетчик трехразрядный, суммарные аппаратурные затраты на распределитель сравнительно невелики.

Таким образом, при незначительных аппаратурных затратах система управления обеспечивает улучшение . гармонического состава одноуровневого выходного напряжения инвертора за счет перехода от ШИР к комбинированному способу управления, характеризующемуся модуляцией временного положения импульсов кривой выходного напряжения в зависимости от величины управляющего сигнала. Это способствует улучшению массогабаритных показателей выходных фильтров инверторов, позволяет улучшить рабочие характеристики большинства потребителей электрической энергии.