Устройство для управления автономным инвертором напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С43юз Советски к

Сецнвлнсткческни

Реслублнм

;»>652680 (61) Дополнительное к авт. свил.ву (6!) М. Кл, (22) Заявлено 22.11.76 (21) 2421344/24-07

Н 02 Р 13/18 с присоединением заявки Я

Государственный комитет

СССР но дедам изобретений и открытий (23) Приоритет (63) УДК 621.314..527(088.8) Опублнковано150379. Бюллетень ph 10

Дата опубликования описания 150379 (72) Авторы нзобретения

О. Г. Булатов, В. И. Олещук и Е. Е. Чаплыгин

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ

HHBEPTOPOM НАПРЯЖЕНИЯ

Устройство относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для управления аВтономными инверторами напряжения.

Известно Устройство для управления инверторами напряжения (1), формируюШее широтно-импульсную модуля- цию (ШИМ) выходного напряжения по синусоидальному закону и обеспечивающее улучшенный гармонический состав выходного напряжения. . Недостатком данного устройства является сложность системы управления, которая должна включать в себя источник синусоидального управляющего15 напряжения, реализация которого в инверторах с многофазным выходом представляет большие трудности. Кроме того, для получения хорошего гармонического состава выходного напряжения количество коммутаций на периоде выходного напряжения должно быть большим, что увеличивает коммутационные потери, снижает КПд, ограничивает диапазон изменения выходных частот.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является устройство для управления инвертором, ®

I формирующим прямоугольно-ступенчатое выходное напряжение, содержащее источник постоянного регулируемого по величине управляющего напряжения, генератор тактовых импульсов, генератор йилообразного йапряжения, компаратор и распределитель управляющих импульсов. В таком устройстве выбор амплитуд ступеней позволяет при небольшом числе коммутаций исключить ряд низших канонических гармоник из спектра выходного напряжения во всем диапазоне регулирования выходного напряжения ().

Недостатком устройства является то, что при глубоксм регулировании величины выходного напряжения резко растут амплитуды высших гармоник выходного напряжения, что приводит к росту типовой мощности выходных фильтров и к ухудшению технико-экономических показателей инвертора.

Цель изобретения — улУчшение гармонического состава выходного напряжения инвертора при глубоком регулировании.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления автономным:-- иивертором напряжения с пря» моугольно-ступенчатой формой выходно652680 го напряжения, содержащее генератор тактовых импульсов, связанный через генератор пилообразного напряжения со входом компаратора, соединенного с распределителем управляющих импульсов, и источник управляющего напряжения, введены датчик амплитуды пилообразного напряжения, регистр, П нормированных усилителей, (n-1) комдараторов, логический блок и И ключей, причем входы нормированных уси!

О лителей связаны с источником управляющего напряжения, а выходы через соответствуйщие ключи со вторим входом компаратора, выходы (й-1) нор-.. мированных усйлйтелей через дополнительные ком аратбры-связаны со входа- !й ми логического блока, а вторые входы дополнительных компараторов присоединены к"датчику амплитуды пилообразного напряжения-, вход регистра связан : c генератором тактовых импульсов, а выходы с логическим блоком, выходы логическогб блока связаны с управля- ющими цепями соответствующих ключей и с расПРеделитеЛем управляющих им-.

" пульсов.

Структурная схема предложенного устройства приведена на фиг. 1, принцип действйя поясняют временные диаграммы фиг. 2.

В схеме фиг. 1 принято, что кривая выходного напряжения формйруеъся из пяти импульсов на полупериоде с амплитудами А„, А u A . Устройство содержит источник 1 управляющего сигнала, генератор 2 тактовых им- ." пульсов, выходом подключенный ко входу генератора 3 пилообразного напряжения, один из выходов которого подключен ко входу компаратора 4, 4О распределитель 5 управляющих импуль-. сов, датчик 6 амплитуды пилообраэного напряжейия, регистр 7, нормированные усилители 8-11, дополнительные компараторы 12-14, логический .блок 15, ключи 16-19.

Генератор 2 синхронизирует работу генератора 3 и подает тактовые импульсы на регистр 7, выходные напряжения которого циклическй меняют- Э1 ся и .соответствуют логическим функция)а Т, Т, Т, Т, Т -: и далее аналогично для второй полуволны выходного напряжения (см. фиг. 2). Реверс. знака напряжения на нагрузке осуществляется распределителем управляющих импульсов. Усилители 8-11 имеют коэффициенты передачи, соответствующие неравенству К„„ > К 0 К9 КЬ

И МО

Выходные напряжения.. нормироваййых 6() усилителей обозначены U, U 9, Uqgp, Uy g,и приведены на фиг. 2, б.

Амплитуда напряжения U>g соответствует амплитуде пилообразного напряжения, выделяемой элементом 6.

При большом уровне выходного напряжения формируется трехуровневое выходное напряжение как в устройстве-прототипе, при этом замкнут ключ

16 и в компараторе 4 происходит сравнение пилообразного напряжения генератора 3 с напряжением U „ в те- чение всего периода выходного напря-. жения. При снижении уровня выходного напряжения на такте Т амплитуда выходного напряжения инвертора может быть уменьшена с А> до A < при этом меняется закой регулирования ширины импульса на такте Т, для чего замыкается ключ 17 и в компараторе сравнивается пилообразное напряжение с напряжением U» . Граница этого Режима U» с U ил.т фиксируется дополнительным компаратором 12, выходное напряжение которого обозначим логической функцией С .

При дальнейшем снижении уровня выходного"найряжения выходное напряжение на тактах Т>. формируется при уровне A<, для этого замыкается ключ 18 и на такте Т в компараторе

4 сравниваются напряжения генератора

3 и усилителя 10. Граница этбго режима определяется дополнительным . компаратором 13, выходная логическая функция которого С „ соответствует

Пз о- ".вь т сП

При снижении выходного напряжения до опредеЛенного уровня, характери зующегося О,„„,, с0„ил T t выходное напряженке на такте Тз формируется с амплитудой А, для этого в такте Тз замыкается ключ 19 и в компараторе

4 сравниваются пилообразное напряжение и напряжение 0„„ . Граница режима фиксируется дойолнительным компара тором 14 с выходной логической фуйкцией C« .

Таким образом, при снижении уровня выходного напряжения дискретно снижается амплйтуда составляющих . это выходное напряжение импульсов, при этом коэффициенты передачи усилителей 8-11 йодобраны таким обраг зом, что обесцечивается оптимальный . гармонический состав выходного напряжения в каждом иэ режимов. Уменьшение амплитуды импульсов выходного напряжения приводит к уменьшению уровней паразитных гармонических составляющих выходного напряжения, т.е ° позволяет снизить типовую мощность выходных фильтров.

Логический блок 15 обеспечивает замыкание ключей 16-19 и выдачу на распределитель управляющих импульсов логических сигналов, соответствующих амплитуде импульса выходного напряжения в данном такте. Управление клю652680 к =T+

r6 +T>Cq$+T3С 2

K =ТС С 1 3 12 4 >

Kqa T>c<>

К1ч Тзс(Ф

А2-T2Ñ ttúñ ху

А =Т,С„ .

16 чами происходит в соответствии со следующими логическими уравнениями

Уровни выходного напряжения (и }0 структура силовой схемы инвертора) определяется логическими уравнениями

3)

Описанный принцип действия может быть распространен и на инверторй с другим числом импульсов на полуперио-

4 дв выходного напряжения, число йФ + (где N — максимальное

Н(К-11

2 1 количество уровней выходного напряже ния. Определение фазы фронтов импульсов при любых уровнях выходного напряжения происходит в компараторе

4, поэтому устройство является прин- 30 ципиально одноканальным. Оно выгодно отличается от прототипа лучшим гармо-. ническим составом выходного напряжения инвертора при глубоком регулировании и,поскольку мощность выходных фильт- Зя ров рассчитывается по интенсивности паразитных гармоник при максимальной глубине регулирОвания (наихудший случай), позволяет уменьшить массогабаритиые показатели выходных фильтров инвертора.

Формула изобретения

Устройство для управления автономным инвертором-напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения, содержащее генератор тактовых импульсов, связанный через генератор пилообразного напряжения со входом компаратора, соединенного с, распределителем управляющих импульсов, и источник управляющего напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения гармонического .состава выходного напряжения инвертора при глубоком регулировании, оно дополнительно снабжено датчиком ам.плитуды пилообразного напряжения, :,регистром, rl нормированными усили телями, (й-1) компараторами, логическим блоком и П ключами, причем входы нормированных усилителей связаны с источником управляющего напряжения, выходы через соответствующие ключи со вторым входом компаратора, вйходы (й -1) нормированных усилите:лей через дополнительные компараторы

:связаны. со входами логического блока, вторйе входы дополнительных компараторов присоединены к датчику амплитуды пйлообразйого напряжения, вход регистра связан с генератором тактовых импульсов, выходы с логическим блоком, а выходы логического блока связаны с управляющими цепями соответ-. ствующих ключей и с распределителем управляющих импульсов. Источники информации, принятые

Во внимание rlps экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР

9 223899, кл. Н 02 М 1/04, 1967.

2. Тонкаль В.Е., Лешковский К.А. и Мельничук Л.П. Способы улучшения . качества выходного напряжения автономных инверторов, Киев, Изд. АН УССР, 1972, с . 3-15.

Составитель И. Ивановская

Редактор Д. Зубов Техред С. Мигай Корректор B. Куприянов

Заказ 1074/52 Тираж 856 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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