Многоячейковый инвертор Советский патент 1984 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное с синусоидальной формой кривой выходного напряжения и широким диапазоном регулирования его частоты и амплитуды . Известен инвертор, который содержит источник питания, автотрансформатор, основные и дополнительные -тиристоры, индуктивно-емкостный фильтр и мостовой переключатель 13. Недостатком данного инвертора является то, что получение удовлетворительной формы выходного напряжения возможно только при большом количестве дополнительных тиристоров и соответствующих выводом автотрансформатора. Кроме того, при изменении коэффициента мсоности нагрузки происходит сильное искажение формы кривой выходного напряжения независимо от количества дополнительных тиристоров . I Известен также инвертор, который содержит мостовой коммутатор, зарядные ключи, зарядные и разрядные диоды, соединительные и разрядные ключи и накопительные конденсаторы 2 Недостатком указанного инвертора является то, что для получения удовлетворительной формы кривой выходного напряжения необходимо большое количество ключей, диодов и конденсаторов . Наиболее близким к предлагаемому является инвертор, содержащий блок управления,N преобразовательных яче ек, каждая из которых состоит из накопительного элемента, первого транзистора и первого диода, и мостовой KOMMSTa rop Сз. Недостаток известного инвертора состоит в иска58е«ии формы кривой выходного напряжения при изменении коэффициента мбюйости нагрузки вслед ствие отсутствия путей рекуперации реактивной энергии нагрузки в источник питания. Цель изобретения - расширение фун циональных возможностей путем обеспечения работы на нагрузку с любым коэффициентом мощности. Поставленная цель достигается тем, что в инвертор, содержащий блок управления и N преобразовательных ячеек, каждая из которых состоит из накопительного элемента, первого транзистора и первого диода, в каждую преобразовательную ячейку введен второй, транзистор, второй диод и ключ переменного тока, вход инвертора выполнен с двумя крайними и одним Средним входными вьшодами для подклю чения соответственно к крайним и к среднему выводам источника питания, а накопительный элемент каждой ячейки одним выводом соединен со средним входным выводом инвертора, а другим выводом через указанные вторые транзисторы, шунтированные встречно включенными диодами, соединен с крайними входными выводами инвертора и через указанный ключ переменного тока с первым выходным выводом инвертора,а второй выходной вывод инвертора соединен со средним входным выводом инвертора. В качестве накопительных элементов могут использоваться или дроссели, или конденсаторы. Если в качестве накопительных элементов используются дроссели, то в качестве источника питания целесообразно использовать источник напряжения, а если, в качестве накопительных элементов использованы конденсаторы, то в качестве источника питария целесообразно использовать источник тока. Если в качестве накопительных элементов используются дроссели, то для устранения возможных кратковременных комму- тационных перенапряжений параллельно нагрузке может быть,включен дополнительный конденса1тор небольшой емкости, не изменяющий основных параметров инвертора. В качестве переключателей может быть использована любая из известных схем для коммутации переменного тока, например схема, состоящая из двух транзисторов, включенных встречно-параллельно. На чертеже представлена принципиальная схема инвертора. Инвертор содержит преобразовательные ячейки 1-4, каждая из которых состоит из транзисторов 5 и 6, диодов 7 и 8, накопительного элемента 9 и ключа 10 переменного тока, состоящего, например, из транзисторов 11 и 12, и диодов 13 и 14. К выходным выводам инвертора включена нагрузка 15. Блок 16 управления содержит модулятор 17, блок 18 сравнения и задающий генератор 19. Крайние входные вьюоды 20 и 21 подключены к крайним выводам источника питания, а средний вывод 22 - к отводу от средней точки этого источника. Инвертор работает следующим образом. Напряжение синусоидальной формы от задающего генератора 19 подается на один из входов блока сравнения. На другой вход блока сравнения подается напряжение с выхода инвертора. Сигнал рассогласования с блока 18 сравнения поступает на модулятор 17, который имеет 16 выходов. В зависимости от полярности полуволны

формируемого на нагрузке напряжения работают транзисторы 5 или 6. На управлякяций вход работакяцего ключа подаются прямоугольные импульсы с фиксированной повышенной частотой. Коэффициент заполнения импульсов изменяется по синусоидальному закону, причем на управляющих входах одноименных ключей в различных ячейках импульсы сдвинуты относительно друг даэуга во времени на 1/N периода собственной частоты работы ключа

4W- число преобразовательных ячеек К Если транзисторы 5 (6} открыты, то ключи 10 закрыты. Происходит накопление энергии в элементах 9 пропорционально длительности интервала ОТК1ЯЛТОГО состояния транзисторов 5

,{(б У. Затем транзисторы 5 (б) закрываются, а ключ 10 открывается. Происходит отдача энергии из накопительных элементов 9 в нагрузку 15. Ктаочи 10 обеспечивают протекание тока в гаобом из двух направлений. Указанный временной сдвиг в работе

преобразовательных ячеек 1/N позволяет обеспечить такой процесс формирования выходного напряжения когда нагрузка в любой момент времени замкну1 а на .накопительный элемент 9 по крайней мере в одной ячейке, что позволяет получить безразрывную форму кривой выходного напряжения. При изменении коэффициента мощности нагрузки, а также в режиме рекуперации нагрузка может передавать свою энергию накопительному элементу 9, когда ключ 10 открыт, а накопительный элемент 9 отдает эту энергию через один из диодов 7(81 или через один из транзисторов 5 (6 в источник питания.

Таким образом, предлагаемый многоячейковый инвертор отличается от известных тем, что обеспечивает высокое качество формы выходного синусоидального напряжения на нагрузке с произвольным коэффициентом мощности и в режиме рекуперации энергии из нагрузки в источник питания.

МНОГОЯЧЕЙКрВЬЙ ИНВЕРТОР, I содержащий блсж упргизления и N преобразовательных ячеек, казхдая из которых состоит из накопительного элемента, первого транзистора и первого диода, о т л уИ ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функц ональиых возможностей путем 13 13 1Мнйч ; Си;л S«6jfKy т.«: f, обеспечения работы на нагрузку с любым коэффициенте мощности, в каждую преобразовательную ячейку введен второй транзистор, второй диод и ключ перек|енного тока, вход инвертора выполнен с двумя крайними и одним средним входными вьшодами для подключения соответственно к крайн|м и среднему выводам источника питания, а накопительный элемент каждой ячейки одним выводом соединен со средним входным выводом инвертора, а другим выводе через указанные вторые транзисторы, шунтированные встречно включенными диодами, соеданен с крайними входными вьшодгшн - г инвертора и через указанный ключ переменного тока с первьм выходньм выводом инвертора, а второй выходной вывод инвертора соединен со средним входным выводом инвертора. 0: 4