Устройство для управления автономным инвертором напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02P13/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для -управления автономными инверторами напряжения. Известно устройство для управления инвертором, содержащее зaдatoщйй генератор, модулятор, блок сравнения, реализующее метод ;широтно-импульсного регулирования (ШИР), при котором длительности импульсов кривой выходного регулирования в процессе регулирования ос-таются равными между собой .

.Однако данное устройство является сложным. При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) кривой выходного на- 15 пряжения длительности выходных импул сов инвертора модулируются по синусо идальному или близкому к нему законам, благодаря чему достигается улуч шение спектрального состава выходной кривой. Основной недостаток систем управления с ШИМ - необходимость в наличии высокоточного генератора сиНусоидальйых колебаний. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство для управления автономным инвер тором с Многоуровневым выходным напр жением, позволяющее формировать на в ходе регулируемого широтно-импулЬсным способом инвертора напряжение улучше ного гармонического состава, содержащее источник управляющегб напряжения, подключенный к входу сумматора, генератор линейноизменяющегося напря жения, распределитель и N ключей 23 Указанное устройство pa3pa6otaHo для применения в инверторах с выходным напряжением, формируемым из импульсов неодинаковых амплитуд, регулируемым по законам ШИР, и для эффективного управления инверторами с ; одноуровневым выходным напряжением и улучшенным качеством выходного напряжения непосредственно быть ист пользовано не может. Цель изобретения - расширение функщгональных возможностей системы управления инвертором применительно к варианту его использования для формирования регулируемого одноуровневого выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления автономным инвертором напряжения, формирующим выходное напряжение из 2N импульсов на полупериоде, содержащее источник управляющего напряженин, подключенный, к входу сумматора, генератор линейноизменяющегося напряжения, распределитель, выходы которого предназначены для подключения К вентилям инвертора и связаны с управляющими цепями IV ключей, снабжено N источниками постоянного напряжения, линейным звеном , ( N -1) суммирующими усилителями с прямым и инверсным входами и компаратором, причем выход источника управляющего напряжения подключен к инверсным входам суммирующих усилителей и к входу линейного звена, выходы которых через ключи подключены к,входам румматора, выход которого подключен к одному входу компаратора, другой вход которого подключен к выходу герератора линейноизменяющегося напряжения, выход компаратора подключен к входу распределителя, прямые входы суммирующих усилителей подключены к (N -1) источникам постоянного i aпряжения, N-и источник постоянного . напряжения подключен к входу сумматора. На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы системы управления.(В рассматриваемом случае выходное напряжение формируется из шести импульсов на полупериоде, т.е. 2N 6, N 3) . Устройство состоит из генератора 1 линейноизменяющегося напряжения, компаратора 2, связанных между собой источника 3 управляющего напряжения и сумматора 4. Выход компаратора 4 связан с распределителем 5 управляющих импульсов. К входу сумматора подсоединена цепь, состоящая из линейного звена 6 и ключа 7, а также цепочкиJ первая из которых содержит источник 8 постоянного напряжения, усилитель 9 и ключ 10, а вторая - соответственно источник 11 постоянного напряжения, усилитель 12 и ключ 13. Кроме того, непосредственно к входу сумматора подключен источник 14 постоянного напряжения. Принцип действия системы управления заключается в следующем. При малой величине управляющего напряжения и соответственно действую-, щего значения выходного напряжения кривая выходного напряжения инвертоpa сосггоит из равномерно следующих цруг за другом импульсов незначитель ной длительности (фиг.2а), формирование выходного напряжения при этом осуществляется по близким к ШИР законам. V С увеличением величины управляннце го сигнала пропорционально растут ;. длительности импульсов кривой вы ходного напряжения и одновременно в системе осуществляется частотная модуляция временного положения импул сов , которые плавно смещаются к цент ру полуволны выходного напряжения (фиг.2в), благодаря чему обеспечива ется улучшение гармонического состав выходного сигнала инвертора по срав нению с ШИР, Угол смещения каждого i-rp импульса f| пропорционален вели чине управлякщего сигнала. Система функционирует следукмцим образом. В начале полупериода (такт О распределителя, фиг.2з) ключи 7,10 и 13 разомкнуты. На компаратор 2 (его выходное напряжение - на фиг.2 подается линейноизменяющееся напряже ние с крутизной S от генератора 1 (показано на фиг.26 вместе с выходным сигналом сумматора) и напряжений источников 3 и 14. Величина постоянного напряжения источника 14U. выбирается из условия задания положения переднего фронта импульса выходного напряжения при малых величинах управляющего сигнала U . (I с. i Ш - ftN - I где Т.,., - период кривой выходного напряжения инвертора. При росте и) срабатывание ком- паратора 2 задерживается на угол V (соответствующий временному интервалу i ) ,, . (2/ После срабатывания компаратора 2 распределитель 5 переходит в следую щее состояние и включается ключ 7 (такт 1),при этом на сумматор 4 подается через линейное звено 6 с коэффициентом передачи К. напряжение иу)д . Новое срабатывание компаратора 2 (переход к такту 2) соответствует моменту формирования паузы в кривой выходного напряжения. Длительность импульсов выходной кривой инвертора.при этом определяется как Ч и - 5 В такте 2 распределитель 5 переходит в новое положение, при этом ключ 7 размыкается, включается ключ 10 (фиг.2.д,е), на сумматор 4 подается управляющее напряжение непосредственно и через суммирующий усилитель 9, что в сумме дает вели чину и((1- Kfi ), где Кр - коэффициент передачи усилителя 9. Фазовый сдвиг (временной интервал i )| определяемый величиной U , при этом равен ,(l. . (4) При и) - О передний фронт второго импульса кривой выходного напряжения отстоит от переднего фронта первого импульса на величину соотношенияТо(|../2М, для этого величина постоянного напряжения источника 8 должна приниматься равной 2-4NKn.i При увеличении U угол Ч растет медленнее, чем t/ B. раз. После очередного срабатывания компаратора 2 распределитель переходит в такт 3, по-прежнему включен ключ 10, вновь замыкается ключ 7 (фиг.2д, е). На этом такте формируется второй от начала полупериода импульс выходной кривой с длительностью Т . На такте 4 замыкается ключ 13 (фиг.2 ж), фазовый сдвиг Vg передне о фронта третьего импульса кривой выходного напряжения (временной интервал tj) зависит от величины , , (Ч где К - коэффициент передачи суммирующего усилителя 12. Величина (Jnj источника 11 постоянного напряжения выбирается равной и благодаря чему при передний фронт третьего по порядку импульса выходной кривой отстоит от первого на интервал Tsb.x/N .

В такте 5 включены ключи 7и 1 длительность выходных импульсов определяется выражением (5). В такт 6 после нового срабатывания компаратора 2 положение, ключей не изменяется. В течение этого такта изменяется направление напряжения ге- нератора 1 при сохранении величины ef-o крутизны. Далее (в тактах 7 ) процесс развивается аналогично, но в обратной последовательности, 4to позволяет обеспечить симметрию кривой выходного напряжения инвертора.

Для изменения частоты и периода выходного напряжения в устройстве следует изменять амплитуду напряИкения генератора 1 и, пропорционально этому, напряжений и„, УП, , что не представляет схемных трудностей при питании генератора 1 и источников 8, 11 и 14 от одного источника питания. .

Дополнительные источники 8,11 и 14 могут рыть вьтолнены в виде простейшего резистивного делителя, а линейное звено - на операционном

усилителе. Распределитель 5, как и в известном устройстве, может быть построен по схеме реверсивного счетчика, порядок работы которого задан временными диаграммами (фиг.2дЧисло состояний счетчика равно (2N-1), т.е. при счетчик трехразрядный, суммарные аппаратурные затраты на распределитель сравнительно невелики.

Таким образом, при незначительных аппаратурных затратах система управления обеспечивает улучшение Гармонического состава одноуровневого выходного напряжения инвертора за Ьчет перехода от ШИР к комбинированному способу управления характеризующемуся модуляцией временного положения импульсов кривой выходного напряжения в зависимости от величины управляющего сигнала. Это способствует улучшению массогабаритных показателей выходных фильтров инверторов, позволяет улучшить рабочие характеристики большинства потребителей элек трической . э Нергии .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, формирующим выходное напряжение из 2N импульсов на полупериоде, содержащее источник управляющего напряжения, подключенный к входу румматора, генератор линейноизменяющегося напряжения, распределитель, выходы которого предназначены для подключения к вентилям инвертора и связаны с управлякицими цепями N ключей, от л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения фнукциональных возможностей, оно снабжено N источниками постоянного напряжения, линейным звеном, (N-1) суммирую- ; щими усилителями с прямым и инверсным входами и компаратором, причем выход источника управляющего напряжения подключен к инверсным входам суммирующих усилителей и к входу линейного звена, выходы которых через ключи подключены к входам сумматоре, вькод которого подключен к одному входу компаратора, другой вход которого подключен к выходу генератора линейноизменяющегося напряжения, выход компаратора подключен к входу распред1елителя, прямые входы суммирующих усилителей подключены к (N -1) источникам постоянного напряжения, N-й источник постоянного напряжения подключен к входу сумматора.

I 9 t t $ tf 7 9 9 ff ft 9