Инвертор со ступенчатой квазисинусоидальной формой выходного напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M7/5395 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах , вторичного электропитания и электропривода.

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения в процессе регулирования его значения.

На фиг. 1 показана схема силовой части инвертора; на фиг. 2 - блок-схема системы управления инвертором; на фиг. 3 - диаграммы импульсов, поясняющие его работу.

Силовая часть инвертора (фиг. 1) состоит из пяти конденсаторов 1-5, первые выводы которых соединены с первым входным выводом для подключения источника 6 электрической энергии постоянного тока. В торце выводы конденсаторов через резисторы 7-11 и последовательно соединенные с ними зарядные транзисторы 12-16 соединены с вторым входным выводом инвертора и подключены к входной диагонали моста 17 силовых транзисторов через разрядные транзисторы 18-22 и блокирующие -диоды 23-27. Мост 17 состоит из четырех силовых транзисторов 28-31. В выходную диагональ моста через фильтр 32 подключены нагрузка 33 и датчик 34 напряжения. Кроме того, в состав моста 17 входят четыре возвратных диода 35-38, включенных параллельно транзисторам 28- 31, Мост 17 подключается к источнику 6 электрической энергии через рекупераци- онный диод 39.

Система управления инвертора (фиг. 2) состоит из генератора 40 импульсов, работающего в автоколебательном режиме, шести триггеров 41-46, четырех устройств 47-50 задержки импульсов, семи расширителей 51-57 импульсов, двенадцати усилителей-формирователей 58-69 импульсов, пяти дифференцирующих цепочек 70-74, пяти компараторов 75-79, формирователя 80 усгавок напряжения, сумматора 81 и за- датчика 82 значения напряжения на выходе инвертора.

Выход генератора 40 импульсов соединен с входом триггера 41, входом расширителя 53 импульсов, входами устройств 47-50 задержки импульсов. Выходы триггера 41 соединены с входами двух расширителей 51, 52 импульсов, выходы которых через усилители-формирователи 58, 59 импульсов соединены с переходами эмиттер-база транзисторов 28-31 реверсивного моста 17. Выходы устройств 47-50 задержки импульсов соединены с входами расширителой 54-57 импульсов Выходы этих расширителей, а также расширителя 53 через усилители формирователи 60-64

импульсов соединены с переходами эмиттер-база транзисторов 21-25. Выходы усилителей-формирователей 60-64, кроме того, через дифференцирующие цепи 70-74 соединены с входами триггеров 42-45. Выходы этих триггеров через усилители-формирователи 65-69 импульсов соединены с переходами эмиттер-база транзисторов 12-16. Кроме того, входы триггеров 42 -46 соединены с выходами компараторов 75-79. Входы этих компараторов соединены с обкладками конденсаторов 1-5 и выходами формирователя 80 уставок напряжения. Вход формирователя 80 уставок через сумматор 81

соединен с задатчиком 82 величины напряжения на выходе автономного инвертора. Второй вход сумматора 81 соединен с датчиком 34 напряжения.

Инвертор работает следующим образом.

В установившемся режиме генератор 40 имп;ульсов вырабатывает периодическую последовательность импульсов напряжения (ti, t2, t3 ...), частота следования

которых равняется удвоенной частоте переменного напряжения на нагрузке 33. Эти импульсы поступают на входы триггера 41, вход расширителя 53 импульсов и входы устройств 47-50 задержки. Триггер

41 распределяет импульсы генератора 40 поочередно на входы расширителей 51 (ti, ta, ts ...) и 52(t2...) импульсов. С выходов расширителей 51, 52 импульсов снимаются импульсы напряжения, которые через

усилители-формирователи 58, 59 попарно поступают на переходы эмиттер-база транзисторов 28, 31 или транзисторов 29, 30, обеспечивая их ключевой режим работы. Длительность расширенных импульсов

t4 - ti составляет величину, несколько меньшую половины периода переменного напряжения на нагрузке 33. Таким образом, происходит периодическое включение плеч моста 17, в результате чего напряжение на нагрузке 33, включенной в диагональ этого моста, периодически изменяет полярность.

В момент времени ti импульс напряже- имя генератора 40 одновременно поступает на вход триггера 41, на вход расширителя 53 импульсов и на входы устройств 47-50 задержки. Устройства 47-50 задержки импульсов задерживают им- пульс, сформированный генератором 40,

на времена -Е- (устройство 47), ) (устройство (48), ) (устройство 49), Ц5 t1 (устройство 50). Задержанные во времени импульсы поступают затем на входы расширителей 54-57 импульсов. Длительность расширенных им- 5 пульсов на выходе расширителей 53-57 одинакова и составляет величину, равную

t4 ti

-Е- . Расширенные импульсы через усилители-формирователи 60-64 поступают на 10 переходы эмиттер-база транзисторов 18- 22. В результате этого в течение интервала времени tn-ti транзисторы 18-22 работают поочередно ( - транзистор 18, ts-ts - транзистор 19, - транзистор 20, - 15 транзистор 21, - транзистор 22) с одинаковой длительностью, подключая предварительно заряженные до различных значений напряжения конденсаторы 1-5 через диоды 23-27 и транзисторы 23-26 к на- 20 грузке 33.

Заряд конденсаторов 1-5 осуществляется следующим образом.

Импульсы напряжения, снимаемые с усилителей-формирователей 60-64, посту- 25 пают не только на переходы эмиттер-база транзисторов 18-22, ной на дифференцирующие цепи 70-74. Дифференцирующие цепи формируют импульсы напряжения в момент прохождения задних фронтов им- 30 пульсов, поступающих на транзисторы 18 22 (ts, te, t, ta. t4). Эти импульсы, сдвинутые

t4 ti

во времени на величину -g- и возникающие в моменты времени, когда транзисторы 35 18-22 поочередно выключаются, а конденсаторы 1-5 перестают поочередно отдавать запасенную энергию в нагрузку 33, поступают на входы триггеров 42-46. Триггеры 42-46, срабатывая, запускают 40 усилители-формирователи 65-69, которые формируют импульсы напряжения, поступающие на переходы эмиттер-база транзисторов 12-16. Эти транзисторы работают в ключевом режиме и включа- 45 ются в момент времени ts (12), te (13), t (14), te (15), t4 (16). т.е. в те моменты времени, в которые выключаются транзисторы 18-22 соответственно. Поэтому как только конденсаторы 1-5 заканчивают 50 свой поочередный разряд на нагрузку 33, они сразу начинают заряжаться от источника 6 электрической энергии через резисторы 7-11 и транзисторы 12-16.

Неодинаковость заряда конденсаторов 55 1-5 и, соответственно, ступенчатость формы напряжения на нагрузке 33 обеспечиваются следующиА образом.

Формирователь 80 уставок напряжения (а качестве него может использоваться, например, делитель напряжения) посредством задатчика 81 напряжения вырабатывает три уровня напряжения - Ui, Ua, Ua, которые поступают на входы компараторов 75-79 (Ui - 75, 79, U2 - 76, 78; Us - 77), На вторые входы компараторов 75-79 поступают напряжения с обкладок конденсаторов 1-5, После поочередного срабатывания триггеров 42-46 и поочередного включения транзисторов 12-16 (моменты времени ts, ts, t, te, 14) конденсаторы 1-5 начинают заряжаться через резисторы 7- 11. Как только напряжение на конденсаторах в процессе заряда достигает уровней напряжения Ui (1,5); U2 (2, 4); Кз (5),.компа- рзторы 75-79 срабатывают, формируя на своих выходах импульсы напряжения (tg- tis), поступающие на входы триггеров 42-46. Триггеры, в свою очередь, срабатывая, снижают напряжение с входов усилителей-формирователей 65-69, в результате чего транзисторы 12-16 выключаются, а конденсаторы 1-5 перестают заряжаться.

Таким образом, поскольку конденсаторы 1-5 заряжаются до различных значений напряжения Ui (1, 5); U2 (2, 4); Us (3), то при поочередном подключении их к нагрузке 33 напряжение на ней будет иметь ступенчатую форму.

Процессы, описанные выше, будут носить аналогичный характер и при формировании отрицательной полуволны напряжения на нагрузке 33 (моменты времени ti4...) с той лишь разницей , что в момент времени t2 триггер 41, расширитель 52 и усилитель-формирователь 59 включают транзисторы 29, 30. При этом нагрузка 33 подключается к другим плечам моста 17.

Величина действующего значения напряжения на нагрузке 33 может плавно регулироваться от нуля до номинального значения при изменении уровней напряжения Ui, Ua, Уз на выходе формирователя 80 уставок посредством задатчикз 81 напряжения.

Стабилизация действующего значения напряжения на нагрузке 33 осуществляется следующим образом.

При изменении сопротивления нагрузки 33 изменяются постоянная времени разряда конденсаторов 1-5 и величины напряжений Ui, Ua, Us, до которых разряжаются конденсаторы 1-5, в результате чего действующее значение напряжения на нагрузке тоже должно изменяться. Например, при уменьшении сопротивления нагрузки уменьшаются значения напряжений Ui, U2. Us, до которых разряжаются

конденсаторы 1-5. При этом уменьшаются величина действующего значения напряжения на нагрузке 33 и величина напряжения, снимаемого с выхода датчика 34 напряжения. Этомнап ряжение поступает на вход сум- матора 81, в котором происходит его вычитание из напряжения задатчика 82,

В результате этого напряжение, поступающее на вход формирователя уставок, увеличивается. Увеличиваются также уров- ни Ui, Ua. Us, вырабатываемые формирователем 80, и время включенного состояния транзисторов 12-18. Следовательно, увеличиваются значения напряжений, до которых зарядятся конденсаторы 1-5, и значение на-. пряжения на нагрузке должно возрасти до исходного состояния,

Формула изобретения Инвертор со ступенчатой квазисинусо- идальной формой выходного напряжения, содержащий мост силовых , транзисторов, выходная диагональ которого соединена с выходными выводами инвертора, а входная диагональ первым выводом соединена с

первым входным выводом инвертора и первыми выводами формирующих конденсаторов, зарядные транзисторы и разрядные транзисторы с последовательно включенными блокирующими диодами, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения в процессе регулирования его значения, число конденсаторов, число зарядных транзисторов и число разрядных транзисторов с последовательно включенными блокирующими диодами выбрана равными числу ступеней в полупериоде выходного напряжения, второй вывод каждого конденсатора через соответствующий зарядный транзистор с последовательно включенным введенным токоограничительным резистором подключен к второму входному выводу преобразователя и через соответствующий разрядный транзистор с последовательно включенным блокирующим диодом - с вторым выводом входной диагонали моста силовых транзисторов, который через рекуперацирнный диод соединен с вторым входным выводом инвертора.о

fad

s

ъ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - повышение качества выходного напря емня в прсщэсхс регулирования его значения Инвертор содержит конденсаторы 1-5, которые через ьарядные гоанзистосы Г2-16 с последовательно включенными токоограничительны- ми резисторами 7-11 заряжаются от источника 6 П-ТУСН-Х до разного уровня напряжений. Напряхяние конденсаторов 1-5 с помощью резрчдныл транзисторов 18-22 с последоБатопь- 0 зклтненным блокирующими диодами 23-21 поочередно г-ри- кладыеается входной дмд. оналм моста 17 силовых гракзмсторов . Силовые транзисторы 28-31 .руются на выходной частоте инвертора, обеспечивая получение переменного выходного напряжения ступенчатой кеазисикуси дальной формы, 3 ил. 18 ш |С 4J 4 Фиг.1

UL,sita

Ж

И&,гП.&

t,

1/&K&

v s

UfaS

4ft«

гУ

й5Ь,л- р

tft,

U8, 79

USwlS

(

Uginb

USurlS tie

UgsT3.

+L.

Ж

uw

UtJSu,

U&lf.

№.

Фиг.3

™«-OB 3 :