Способ управления автономным инвертором с широтно- импульсной модуляцией

 

Использовано: в преобразовательной технике при широтно-импульсных методах регулирования. Сущность изобретения: для повышения качества выходного напряжения инвертора путем улучшения его спектрального состава при формировании комбинированной однополярно-двухполярной широтно-импульсной модуляции переход от однополярного к двухполярному режимам осуществляется контролем мгновенного значения модулирующего напряжения. При этом переход от однополярного режима к двухполярному осуществляется при значении модулирующего напряжения 0,2-0,5 максимального значения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в автономных инверторах и преобразователях частоты модуляционного типа на основе широтно-импульсных методов регулирования напряжения, например в инверторах с широтно-импульсной модуляцией с развертывающим опорным сигналом или в инверторах со слежением.

Известен способ управления автономным инвертором с широтно-импульсной модуляцией, заключающийся в выработке широтно-модулированной последовательности импульсов управления ключевыми элементами инвертора в зависимости от величины и знака модулирующего напряжения, в котором осуществляется двухполярная широтно-импульсная модуляция, а выработка широтно-модулированной последовательности импульсов управления производится путем сравнения модулирующего и опорного треугольного или пилообразного двухполярного напряжений [1].

Известен также способ управления автономным инвертором с широтно-импульсной модуляцией, в котором в зависимости от полярности модулирующего напряжения осуществляется однополярная широтно-импульсная модуляция, при этом при положительном модулирующем напряжении коммутацию осуществляют ключевыми элементами положительной и нулевой полярности, при отрицательном модулирующем напряжении коммутацию осуществляют ключевыми элементами отрицательной и нулевой полярности, а в качестве опорного напряжения используют однополярное пилообразное или треугольное напряжение [2].

Недостатком известных способов управления является низкое качество выходного напряжения, а именно неудовлетворительный спектральный состав напряжения при глубоком регулировании и использовании двухполярной модуляции, а также при малых значениях модулирующего напряжения и использовании однополярной модуляции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ управления автономным инвертором с широтно-импульсной модуляцией, заключающийся в выработке широтно-модулированной последовательности импульсов управления ключевыми элементами инвертора в зависимости от величины и знака модулирующего напряжения, в котором реализуется двухполярная широтно-импульсная модуляция, а выработка широтно-модулированной последовательности импульсов управления ключевыми элементами осуществляется методом интегрального слежения за модулирующим сигналом [3].

Указанный способ сходен с известным способом [1] и обладает тем же недостатком.

Техническим результатом заявленного способа является повышение качества выходного напряжения инвертора.

Этот результат достигается тем, что по способу управления автономным инвертором с широтно-импульсной модуляцией, заключающемуся в выработке широтно-модулированной последовательности импульсов управления ключевыми элементами инвертора в зависимости от величины и знака модулирующего напряжения, контролируют мгновенное значение модулирующего напряжения и при превышении модулем этого напряжения установленного уровня осуществляют однополярную модуляцию, при которой коммутацию производят поочередно ключевыми элементами нулевой и положительной или отрицательной полярности в зависимости от знака модулирующего напряжения, а при мгновенном значении модулирующего напряжения по модулю меньше установленного уровня осуществляют двухполярную модуляцию, при которой коммутацию производят поочередно ключевыми элементами положительной и отрицательной полярности, при этом уровень перехода от однополярной к двухполярной модуляции устанавливают равным 0,2-0,5 максимального значения модулирующего напряжения.

На чертеже приведена функциональная схема инвертора, реализующего предложенный способ.

Инвертор состоит из источника 1 модулирующего напряжения, датчика 2 выходного напряжения, узла 3 выделения ошибки, интегратора 4, компаратора 5 с гистерезисом, компараторов полярности 6, 7 и уровня 8, 9, логических инверторов 10, 11, логических элементов И 12-15, логического элемента ИЛИ 16, ключевых элементов 17, 18 полярностей ключевого элемента 19 нулевой полярности. Инвертор питает нагрузку Z_н 20.

Выход источника 1 модулирующего напряжения подключен к одному из входов узла 3 выделения ошибки, другой вход которого через датчик 2 выходного напряжения подключен к выходному зажиму инвертора. Выход узла 3 выделения ошибки через интегратор 4 соединен с входом компаратора 5, имеющего гистерезис, выход которого через компараторы 6 и 7 полярностей подключены к первым входам логических элементов И 12 и 13, управляющих работой ключевых элементов положительной 17 и отрицательной 18 полярности соответственно. Вторые входы элементов И 12 и 13 подключены к выходам компараторов положительного 8 и отрицательного 9 уровня, входы которых объединены и соединены с выходом источника 1 модулирующего напряжения. Кроме того, выходы компараторов 6 и 7 полярности подключены к первым входам логических элементов И 14 и 15, выходы которых логически объединяются с помощью элемента ИЛИ 16, выход которого управляет ключевым элементом 19 нулевой полярности. На вторые входы логических элементов И 14 и 15 подаются сигналы с выходов компараторов 8 и 9 уровня, проинвертированные логическими инверторами 10 и 11.

Рассмотрим работу инвертора при малых значениях модулирующего напряжения, не превышающих уровней срабатывания компараторов 8 и 9, что соответствует состоянию логической "1" на их выходах. При этом на выходах инверторов 10, 11 формируется уровень логического "0", что блокирует элементы И 14 и 15, на их выходах присутствует логический "0", на выходе элемента ИЛИ 16 также формируется логический "0", ключевой элемент 19 нулевой полярности закрыт и не участвует в работе.

Модулирующее напряжение с выхода источника 1 модулирующего напряжения подается на один из входов узла 3 выделения ошибки, где сравнивается с сигналом обратной связи, пропорциональным мгновенному значению выходного напряжения инвертора. Выделенный сигнал ошибки непрерывно интегрируется интегратором 4 и подается на вход компаратора 5 с гистерезисом, осуществляющего сравнение интеграла сигнала ошибки с одним из двух разнополярных равных по величине уровней сравнения. При превышении интегралом сигнала ошибки уровней переключения компаратора 5 последний вырабатывает сигнал переключения, что фиксируется компараторами 6 и 7 полярности и через логические элементы И 12 и 13, работа которых разрешается уровнем логической "1", подаваемой на их вторые входы, меняет состояние ключевых элементов 17 и 18, меняющих, в свою очередь, полярность выходного напряжения инвертора на противоположное по знаку.

Таким образом, система находится в устойчивом цикле автоколебаний, формируя тем самым на выходе инвертора двухполярную асинхронную последовательность широтно-модулированных импульсов. Среднее значение выходного напряжения инвертора за период автоколебаний при этом пропорционально среднему значению модулирующего напряжения за тот же период. Ключевые элементы 17 и 18 инвертора переключаются поочередно, формируя на выходе мгновенные значения напряжений +Е и -Е.

При превышении модулирующим напряжением уровня уставки состояние соответствующего компаратора 8 или 9 уровня (в зависимости от полярности модулирующего напряжения) меняется, формируя тем самым на его выходе уровень логического "0". Уровень логического "0" с выхода компаратора уровня запрещает через логический элемент И (12 или 13) работу соответствующего ключевого элемента (17 или 18), осуществляющего подачу на выход инвертора питающего напряжения полярности, противоположной заданной. Одновременно с этим уровень логического "0" с выхода компаратора уровня, изменившего свое состояние, через соответствующий логический инвертор (10 или 11) разрешает работу соответствующего логического элемента И (14 или 15) и, следовательно, через логический элемент ИЛИ 16 разрешает работу ключевого элемента 19 нулевой полярности, который заменяет ключевой элемент противоположной по знаку модулирующего напряжения полярности. Работа асинхронного формирователя широтно-модулированного напряжения при этом не нарушается, так как среднее значение выходного напряжения продолжает находиться между возможными уровнями мгновенного значения выходного напряжения инвертора - нулевым и Е соответствующей полярности. Таким образом осуществляется переход от двухполярной к однополярной модуляции. Уровень перехода от двухполярной широтно-импульсной модуляции к однополярной может регулироваться уставкой компараторов 8 и 9. Целесообразное значение этой уставки составляет 0,2-0,5 максимального значения модулирующего напряжения.

Использование такого типа комбинированной однополярно-двухполярной широтно-импульсной модуляции позволяет повысить качество выходного напряжения инверторов, так как позволяет улучшить спектральный состав напряжения как при больших, так и при малых уровнях модулирующего напряжения и, как следствие, повысить энергетические характеристики преобразователей в целом.

Предложенный способ может быть также использован и в инверторах, реализующих синхронные виды широтно-импульсной модуляции с опорными развертывающими сигналами.

Формула изобретения

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, заключающийся в формировании широтно-модулированной последовательности импульсов управления ключевыми элементами инвертора в зависимости от величины и знака модулирующего напряжения, отличающийся тем, что контролируют мгновенное значение модулирующего напряжения и при превышении модулем этого напряжения установленного уровня осуществляют однополярную модуляцию, при которой коммутацию производят поочередно ключевыми элементами нулевой и положительной или отрицательной полярности в зависимости от знака модулирующего напряжения, а при мгновенном значении модулирующего напряжения по модулю меньше установленного уровня осуществляют двухполярную модуляцию, при которой коммутацию производят поочередно ключевыми элементами положительной и отрицательной полярностей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что уровень перехода от однополярной к двухполярной модуляции устанавливают равным 0,2 - 0,5 максимального значения модулирующего напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1