Способ формирования квазисинусоидального ступенчатого напряжения и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК H02M7/537 H02M1/08 

(S-) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОГО СТУПЕНЧАТОГО НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электро технике и предназначено для использования в преобразовательных устройствах, например в инверторах с квазисинусоидальным выходным напряжением.

, Известен способ формирования квазисинусоидального выходного напряжения в преобразовательных устройствах, основанный на суммировании выходных напряжений нескольких автономных инверторов, сдвинутых по фазе l. .

К недостаткам известного способа относится то, что для формирования выходного на. с заданным коэффициентом гармоник требуется большое число инверторных ячеек, по количеству равное числу ступенек в четверти периода синтезируемой синусоиды, что увеличивает массогабаритные показатели устройств реализации.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ, заключающийся в том, что квазисинусоидальное напряжение формируется из алгебраической суммы выходных напряжений однофазных инверторных ячеек, причем частота, форма и амплитуда выходных напряжений определяется соответствующими для каждого инвертора .функциями аппроксимирую10щего ряда Уолша. Управление силовыми ключами ка)кдого из автономных инверторов осуществляется от генератора управляющих импульсов. Количество К ступенек в четверти периода

15 синтезируемой синусоиды определяется выражением ( где 1 - количество инверторов), что приводит к значительному уменьиению числа инверторов по сравнению со способом

20 , а значит, и к сокращению массогабаритных показателей .

Однако близкие к основной высшие гармоники в синтезируемой синусоиде имеот повышенную амплитуду, что затрудняет их последующую фильтрацию при необходимости получить более качественную синусоиду, чем синтезируемая. Кроме того, наличие треть ей и пятой гармоник приводит к необходимости использовать фильтр с низкой частотой среза, имеющий больг Шую массу и габариты. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения амплитуды высших гармоник близ ких к основной. Поставленная цель достигается тем что согласно способу формирования кв зисинусоидального ступенчатого напря жения, при котором суммируют N прямоугольных напряжений, форма, частота и исходная амплитуда которых соответствует функциям аппроксимирующим ряд Уолша, амплитуду каждого прямоугольного iнапряжения, начиная с третьего, модулируют в функции выпрямленной суммы всех предыдущих напряжений , Для реализации предлагаемого способа в инверторе, содержащем несколь ко ячеек, количество которых равно числу используемых функций аппроксимирующего ряда Уолша, причем вторичные обмотки выходных трансформаторов всех ячеек соединены между собой последовательно и подключены к выходным выводам инйертора, а цепи управления ячеек соединены с генератором управляющих импульсов, выходно трансформатор каждой ячейки, кроме последней, снабжен дополнительной обмоткой, цепи питания первой и второй ячеек соединены с входными выводами инвертора,а цепь питания каждой из остальных ячеек соединена через выпрямитель с последовательно соединенными дополнительными обмотками всех предыдущих по отношению к данно ячеек. На фиг.1 представлен пример форми рования квазисинусоидального выходного напряжения инвертора из выходных напряжений трех ячеек (фиг,10 б и г), соответствующих первой,седьмой и одиннадцатой диадно-нормирован ным функциям Уолша. Складывая с обратным знаком напря жение по фиг.1;(5с напряжением на фиг.1(3 ,.и выпрямляя суммарное напря жение, получают напряжение по фиг.10 которое и осуществляет модуляцию напряжения по фиг.12-. Немодулирован1964 ное напряжение представлялось бы импульсами одинаковой амплитуды (как в прототипе). На фиг,2 представлен пример формирования квазисинусоидального вы- ходного напряжения из выходных напряженир1 четырех ячеек (фиг.2а, б, в и , соответствующих первой, седьмой, одиннадцатой и тридцать пятой диадно-нормированным функциям Уолша. Складывая с обратным знаком напряжения по фиг.1 б ,и в с напряжением по фиг.1 .а и выпрямляя суммарное напряжение, получают напряжение вида фиг.1 г, которое осуществляет, модуляцию напряжения по фиг.1д. Модуляция напряжения по фиг.1 в осуществляется по рассмотренной схеме. На фиг.З представлена схема инвертора, реализующего предлагаемый способ. Инвертор состоит из четырех ячеек 1-t, каждая из которых содержит два силовых транзистора 5, два диода 6 для пропуска обратного тока нагрузки; трансформатору 7 с первичной обмоткой 8 и обмотками вторичной 9 и дополнительной 10. Питание ячеек 3 и осуществляется через выпрямители 11 и 12, ко входу которых подключены последовательно соединенные обмотки 10 предыдущих ячеек. Обмотки 9 соединены последовательно между собой и нагрузкой 13. Устройство работает следующим образом. Ни управляющие входы транзисторов 5 ячеек 1-4 подаются .соответственно .напряжения по фиг.2а,(5, v и д, но с постоянной амплитудой. Выходное напря хение ячеек 1 и 2 через обмотки 10 складывается, выпрямляется мостом 11 и поступает в цепь питания ячейки 3(фиг.15 , осуществляя амплитудную модуляцию выходного напряжения этой ячейки. Модулированное напрях ение с ячейки 3 СФИГ.1 г) поступает на нагрузку 13 и через обмотку 10, складываясь с выходными напряжениями ячеек 1 и 2,выпрямляется мостом 12 (фиг.2г.) и осуществляет питание ячейки 4. Модулированное ( фиг.2д) напряжение ячейки складывается с выходными напряжениями предыдущих ячеек ипоступает на нагрузку,формируя напряже- ние по фиг.2 е. Таким образом, осуществляется рекуррентный принцип модуляции, когда вид модуляционной 510 функции для последующей ячейки определяется формой выходных напряжений предыдущих ячеек. Если производить суммирование напряжений ячеек без предварительного модулирования, как это делается в прототипе, то амплитуда ступенек по высоте синтезируемой синусоиды будет равной, что приведет к трапецеидальной форме кривой выходного напряжения. Чтобы сигнал приблизить к синусоидальному, необходимо использовать большее количество аг1проксимирующих функций. Модуляция выходных напряжений ячеек, начиная с третьей, обеспечивает понижение амплитуды ступенек в .районе углов 7Г/2 и 3 , т.е. в большей степени приближает выходной сигнал к синусоидальному (фиг.2 г и д. На участках синусоиды с большой крутизной приходится максимум питающего напряжения ячейки , а на участках в окрестности углов и К/2 минимум питающего напряжения. Как показывает расчет, коэффициент

гармоник выходного напряжения инвертора .с тремя ячейками (йиг.1 п) по предлагаемому способу составляет Э%, третья гармоника - 0,2, а пятая- 1%, а в прототипе коэффициент гармоник составляет 111, третья гармоника - 2,7%, а пятая - 2%.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют при формировании ква3исинусоидального напряжения при снижении общего коэффициента гармоник резко снизить амплитуды высших гармоник, близких к основной.Благодаря этому существенно уменьшаются массогабаритные показатели выходных

фильтров, повышается КПД приборов (потребителей, или повышается точность их работы.

нены с генератором управляющих им пульсов, отличающееся, тем, что выходной трансформатор каждой из ячеек,кроме последней,снабжен дополнительной обмоткой,цепи питания первой и второй ячеек соединены с входными выводами инвертора, а цепь питания каждой из остальных ячеек соединена через выпрямитель с последовательно соединенными дополнительными обмотками всех предыдущих по отношению к данной ячеек.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Г Патент ФРГ № 128505, кл. Н 02 М 7/587, 1968.

Фиг.2

п