МНОГОФАЗНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1997 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к электротехнике, вычислительной технике и автоматике и может быть использовано в преобразовательных устройствах с квазисинусоидальным выходным напряжением, например, для стабилизированного электропривода, при генерации периодических тригонометрических функциональных напряжений, для моделирующих и вычислительных установок, для мощных электроэнергетических установок с выходным квазисинусоидальным напряжением.

Известны аналоги [1,2] предполагаемого изобретения, в которых с целью снижения массо-габаритных показателей устройств используется высокочастотное промежуточное преобразование энергии и представление целых натуральных чисел с помощью симметричного многозначного кода. При этом могут быть сформированы все уровни напряжения, необходимые для генерации заданной периодической функции, аппроксимируемой ступенчатой формой кривой.

Недостатки аналогов заключаются в принципиальной необходимости в трансформаторе и ключах переменного тока, что повышает стоимость и массогабаритные показатели устройства и снижает его надежность.

Наиболее близким к предлагаемому является функциональный генератор [3] использующий троичную систему счисления в алгоритме управления и синтеза выходного напряжения инверторов, а также использующий высокочастотное преобразование энергии и силовой демодулятор, выполненный по мостовой схеме.

Недостатком прототипа является использование большого количества ключей переменного тока, в том числе и в мостовом демодуляторе.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение функционального генератора. Достигается это за счет использования ряда развязанных первичных источников питания.

На чертеже представлена схема одной фазы функционального генератора. В качестве приема генератор построен по двухразрядной схеме. Каждый разряд как блок состоит из мостового инвертора 1 и 1' и источника питания 5 и 5'. Каждый из инверторов (ячейки) состоит из силовых транзисторов 3₁ 3₄ и рекуперационных диодов 4₁ 4₄. Инверторы по выходным цепям соединены последовательно между собой и нагрузочным элементом 2. Управление инверторами осуществляется от блока 6 задания режимов.

Генератор работает следующим образом.

Напряжение питания источников 5 и 5' соотносятся между собой как 1:3. В алгоритме управления ключами транзисторов в инверторных ячейках используется троичная система счисления (0, ±1). При коммутации транзисторов на нагрузочном элементе 2 напряжения источников 5 и 5' в разные моменты времени могут складываться, вычитаться или исключаться, формируя на нагрузке различные ступенчато-аппроксимирующие однополярные или двухполярные, периодические или непериодические напряжения. Точность аппроксимации зависит от количества используемых разрядов. Максимальное количество ступеней (K) одной полярности можно подсчитать по формуле:
,
где n количество разрядов.

При коммутации, например, ключей 3₂ и 3₃ в инверторе 1 и ключей 3₁ и 3₃ в инверторе 1' происходит сложение на элементе 2 напряжений источников 5 и 5'. При коммутации одноименной диагональной пары ключей в обоих инверторах происходит вычитание напряжений источников 5 и 5' друг из друга на нагрузочном элементе. Для выделения на нагрузочном элементе напряжения одного из источников, например 5, необходимо в инверторе 1 открыть ключи, принадлежащие одному из этажей моста 3₁ 3₄ или 3₂ 3₃. Блок 6 задания режима вырабатывает набор импульсов в каждую дискрету времени для управления ключами мостовых ячеек в соответствии с выбранной аппроксимирующей функцией.

Функциональный генератор выгодно отличается от известных аналогов и прототипа следующим.

1. Схема не содержит громоздких силовых моточных элементов (трансформаторов), что улучшает габаритно-массовые характеристики генератора.

2. Схема не содержит ключей переменного тока, что удешевляет и повышает надежность устройства.

3. Схема не критична к выходной частоте функционального генератора, т.к. нет трансформаторов.

4. Повышенный к.п.д.

Наиболее перспективное направление использования функционального генератора это преобразование энергии солнечных батарей, химической энергии аккумуляторов, в которых имеется возможность формирования отдельных развязанных источников напряжения в энергию переменного тока с произвольной формой напряжения.

Генератор может быть использован в преобразовательных устройствах с квазисинусоидальным выходным напряжением, в моделирующих и вычислительных установках. Цель изобретения - упрощение, повышение надежности и экономической эффективности. Генератор состоит из нескольких мостовых инверторов, составляющих разрядные блоки, соединенных по выходу последовательно между собой и нагрузочным элементом. Питание каждой из ячеек осуществляется от автономного источника напряжения или от многовыходного конвертора. Синтез формы выходного напряжения осуществляется по принципу ступенчатой ее аппроксимации, а управление инверторами производится на основе троичной системы счисления от блока задания режима. 1 ил.

Многофазный функциональный генератор, содержащий цепочку из последовательно соединенных разрядных блоков и нагрузочный элемент, выводы которого соединены с выводами первого и последнего разрядных блоков, отличающийся тем, что в него введены источник питания и блок задания режима, каждый разрядный блок выполнен в виде мостового инвертора, источник питания выполнен в виде группы автономных источников напряжения, выводы каждого из которых соединены с соответствующими входами питания одноименных мостовых инверторов, управляющие входы которых соединены с выходами блока задания режима.