Способ управления инвертором свыходным напряжением m- ступенчатойформы

 

(i i! 828345

ИСАНИЕ

Севе Севвтских

Сациалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.10.75 (21) 2183694/24-07 с присоединением заявки № (51) М. К.

Н 02М 7/537 (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07.05.8 (53) УДК 621.314.58 (088.8) пе делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

В. С. Моин (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ С ВЫХОДНЫМ

НАПРЯЖЕНИЕМ М-СТУПЕНЧАТОЙ ФОРМЫ

ГасУдарстеенный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах электропривода, автоматики и радиоэлектроники для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение ступенчатой формы, например близкой к синусоидальной.

Известны инверторы на ключевых элементах (транзисторах, тиристорах и т.:п.), выполненных по многоячейковой схеме, в которых для получения выходного напряжения синусоидальной формы выходные зажимы отдельных ячеек соединены с выходными зажимами инвертора через автотрансформаторы, имеющие отвод от средней точюи обмотки и включенные по схеме

«пирамиды» (1).

Опособ управления ключами этого инвертора состоит в том, что ячейки переключаются с помощью пересчетного кольца со взаимным сдвигом на угол тт/3N, где N— число ячеек. Несмотря на то, что в данной схеме указанные автотрансформаторы работают на частоте, в 6 раз превышающей выходную частоту инвертора, при большой выходной мощности и относительно низкой выходной частоте (50 — 400 Гц) масса и габариты этих автотрансформаторов значительны.

Известны также многоячейковые мостовые инверторы с многоступенчатой, близкой к синусоиде, формой кривой выходного напряжения, содержащие автотрансформато5 ры с отводом от средней точки обмотки и дополнительные трансформаторы :(2). Способ управления ключами этого инвертора обеспечивает перемагннчивание сердечников автотрансформаторов на чистоте, во

10 сколь угодно раз более высокой, чем выходная частота инвертора. Однако перемагничивание сердечников дополнительных трансформаторов происходит на частоте, лишь в 7,5 раз превышающей выходную частоту инвертора. Поэтому их масса и габариты при большой выходной мощности и относительно низкой выходной частоте значительны.

Цель изобретения — снижение массогабаритных показателей.

Это достигается тем, что согласно предложенному способу управления инвертором с выходным напряжением М-ступенчатой формы, выполненном на N полумостовых ячейках, выходные выводы которых соединены с выходным выводом инвертора через автотрансформаторы, состоящему в том, что переключают управляемые вентили смежных ячеек тактовыми импульсами с

828345

60 взаимным сдвигом на один такт, тактовые импульсы генерируют с частотой, в целое число раз превышающей выходную частоту инвертора, коммутируют управляемые вентили каждой ячейки с периодом в N тактов и переключают их в исходное состояние через М-тактов, где М вЂ” номер ступени выходного напряжения.

Благодаря тому, что частота тактовых импульсов может быть выбрана в целое число раз превышающей выходную частоту инвертора, масса m габариты силовых магнитных элементов могут быть существенно снижены.

На фиг. 1 показан пример выполнения схемы по данному способу; на фиг. 2a,б— диаграмма напряжений на отдельных участках схемы; на фиг. 3 в, г, д — формы выходного напряжения.

Сущность способа показана на примере однофазного инвертора (фиг. 1), выполненного на четырех полумостовых ячейках на транзисторах 1 — 8 и автотрансформаторах 9, 10, 11, имеющих отвод от средней точки обмотки и соединяющих выходные зажимы ячеек с нагрузкой 12 инвертора по схеме типа «пирамида». Входные цепи транзисторов соединены с триггерами 13, которые переключаются импульсами повышенной частоты, в несколько десятков раз превышающей выходную частоту инвертора, поступающими от тактового генератора

14 через управляемый распределитель 15 импульсов. Этот распределитель может быть выполнен например в виде Л -ячеичного пересчетного кольца 16 и управляемых ключей (схем типа И) 17, число которых составляет Л 2, где N — число ячеек инвертора. Цепи управления распределителя 15 импульсов соединены с задающим устройством 18, которое поочередно посылает комбинацию команд А, Б, В, Г в те моменты времени, когда необходимо на выходе инвертора сформировать очередную ступеньку выходного напряжен ия.

Работа схемы поясняется диаграммой напряжений (фиг. 2), на которой С 4 — напряжение на выходе генератора 14;

Ue, ж, з, и — напряжения на выходе ячеек пересеченного кольца 16; Уь U2 ... U< — напряжение на транзисторах 1 — 8 соответственно; Uo, Ущ U« — напряжения на обмотке автотрансформаторов 9, 10, 11 соответственно; U — напряжение на нагрузке 12.

Рассмотрим случай, когда на нагрузке 12 формируется выходное напряжение с равной шириной ступенек (трапециальной формы) . При этом частота тактовых импульсов U«выбирается равной

f ì + /а f âûõ где К вЂ” любое целое число; N — число ячеек инвертора; а — относительная ширина ступени выходного напряжения частоты

В рассматриваемом случае (фиг. 2) 10

К = 2; Ж = 4; а = —; f, /f „„= 96, т. е. при f„, =400 Гц; f> — — 38,4 кГц.

Диаграмма подач команд управления распределителем 15 и форма выходного напряжения показана на фиг. 2б. На интервале времени О подана команда А, сигналы Ув „проходят только на правые половины триггера 13, и на всем интервале открыты только нижние транзисторы всех ячеек инвертора, формируя на нагрузке ступеньку напряжения величиной U,i2. На интервале времени 1 (формирование ступени с номером M=I) поданы команды А и Б, поэтому обратное переключение триггеров 13 происходит через один такт частоты f>< после прямого переключения (см. напряжение U> — Ув), автотрансформаторы

9 — 11 делят напряжение источника питанйя в отношениями 0,75: 0,25, и на выходе инвертора формируется ступенька напряжения величиной U 4. На интервале времени П (формирование ступени с номером М=2) поданы команды А и В, обратное переключение триггеров 13 происходит через два такта частоты f«, после прямого переключения автотрансформаторы 9 — 11 делят напряжение U пополам, напряжение на нагрузке имеет паузу на нуле. На интервале времени Ш (формирование ступени с номером М=З) поданы команды А и Г, обратное переключение триггеров 13 происходит через три такта частоты после прямого переключения. Автотрансформаторы

9 — 11 делят напряжение в отношении

0,25 — 0,75, и на выходе инвертора формируется ступенька напряжения величиной — U„/4. На интервале времени IV поданы команды Б, В, Г, сигналы U, „ проходят только на левые половины триггеров 13, и на всем интервале открыты только верхние транзисторы всех ячеек инвертора, формируя на нагрузке ступеньку напряжения величиной — U 2. Частота перемагничивания сердечников а втотрансформаторов составляет 19,2 и 9,6 кГц (см. диаграмму Uo, U

14, пересчетное кольцо 16 и задающее устройство 18 выполняются общими для всех фаз. Линейное напряжение многофазных инверторов имеет увеличенное число ступеней. Например, в трехфазном инвер828345 торе на четырех ячейках и девяти дросселях (три фазы по схеме фиг. 1) .выходное напряжение имеет вид, показанный на фиг.

3 в. При равномерной ширине ступеней такая форма имеет коэффициент искажений 5

КНИ=9, а наинизшие высшие гармоники

Ug=4 2%, U>= — 1,3%, U«4%. При увеличении числа ячеек до восьми форма выходного напряжения приближается к трапеции (фиг. Зг) и имеет КПИ=5%, Ug — — 4%, 10

07 — 2% U((— 1 % . Задающее устройство для получения такой формы кривой выполняется в виде обычного задающего генератора и пересчетного кольца. Для полного устранения высших гармоник низкого по- 15 рядка в качестве задающего устройства может использоваться эталонный источник, синусоидальное выходное напряжение которого Ug, сравнивается с выходным напряжением инвертора и опорным постоянным 20 напряжением U<,,n (фиг. 3 д). Формируемые в результате сравнения с помощью нульоргана импульсы через реверсивное пересчетное кольцо подаются на вход распределителя 15. Получаемая при этом форма кривой имеет KHH=10% и наинизшие гармоники U17=6%, Uig=5%, Ом=3,4%, Уя=2,5% при 1V=4. Поэтому выходной

LC-фильтр инвертора, предназначенный для получения плавной синусоидальной формы 30

6 напряжения, будет иметь пренебрежимо малую массу и габариты и высокую надежность.

Формула изобретения

Способ управления инвертором с выходным напряжением М-ступенчатой формы, выполненном на Ж полумостовых ячейках, выходные выводы которых соединены с выходным выводом инвертора через автотрансформаторы, состоящий в том, что коммутируют управляемые вентили смежных ячеек тактовыми импульсами с взаимным сдвигом на один такт, отличающийся тем, что, с целью снижения массогабаритных показателей, тактовые импульсы генерируют с частотой, в целое число раз превышающей выходную частоту инвертора, коммутируют управляемые вентили каждой ячейки с периодом в М тактов и переключают их в исходное состояние через М тактов, где М вЂ” номер ступени выходного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 1739924/24-07, кл. Н 02М 7/537, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 601791, кл. Н 02М 7/53, 1973.

828345

Редактор Т. Загребельная

Заказ 1003/8 Изд. № 343 Тираж 749 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель И. Жеребина

Техред И. Пенчко

Корректоры: О. Силуянова и Н. Федорова