Инвертор со ступенчатой, близкой к синусоидальной формой кривой выходного напряжения Советский патент 1977 года по МПК H02M1/12 H02M7/537 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение.

Известны инверторы со ступенчатой, близкой к синусоидальной формой кривой выходного напряжения, которые содержат ряд преобразовательных ячеек с выходным прямоугольным напряжением регулируемой скважности, выходы которых соединены последовательно и образуют цепь нагрузки 1, 2. В инверторе для управления переключением преобразовательных ячеек используют генератор опорного синусоидального напряжения, сумматор и распределитель импульсов 3. Такая система управления достаточно сложна и не обеспечивает сохранения формы выходного напряжения при неисправности одной из преобразовательных ячеек.

В преобразователе каждая данная ячейка управляется суммой выходных напряжений предшествующих ячеек, но в ней также отсутствует резервирование ячеек, и в случае формирования синусоиды переключение ячеек происходит с разной частотой 4.

Цель изобретения-повысить надежность и КПД инвертора.

Эта цель достигается тем, что генератор опорного напряжения соединен с первыми управляющими входами всех ячеек через двухполупериодный выпрямитель, а второй управляющий вход данной ячейки соединен с последовательно соединенными выходами предшествующих ячеек через выпрямитель и фильтр, выделяющий амплитудное значение напряжения.

Па фиг. 1 представлена блок-схема инвертора спнусоидального напряжения; на фиг. 2 и 3 проиллюстрирована его работа.

Инвертор синусоидального напряжения содержит, например, семь преобразовательных ячеек 1-7 с прямоугольным выходным напряжением. Выходы ячеек соединены последовательно и образуют выход инвертора (клеммы АБ). К одному входу регулирования каждой ячейки подключен маломощный опорный генератор 8 синусоидального напряжения требуемой частоты и стабильной амплитуды. Это напряжение выпрямляется с помощью двухполупериодных выпрямителей 9-15. Ко второму входу регулирования каждой ячейки подключена общая клемма Б инвертора и выходная клемма б той же ячейки. Напряжение «6Б для каждой ячейки равно сумме выходных напряжений ячеек, порядковые номера которых предществуют номеру данной ячейки. Далее то напряжение трансформируется, выпрямляется с помощью соответствующего выпрямителя 16- 22 и фильтруется одним из соответствующих фильтров 23-29, выделяющим амплитудное значение.

Переключение транзисторов каждой ячейки происходит в момент, когда выпрямленное синусоидальное напряжение на первом входе пересекает постоянное напряжение на втором входе (фиг. 2а), Для первой ячейки это переключение происходит в нулях входной синусоиды, так как для нее напряжение на втором входе равно нулю (прямая 1 на фиг. 2а). Выпрямленные напряжения на вторых входах 2-7 ячейки показаны на фиг. 2а прямыми 2, 3, 4, 5, 6 и 7 соответственно. Выходные напряжения ячеек 1-5 показаны на фиг. 26- 2е соответственно. Ячейки 6 и 7 не переключаются и напряжение на их выходе равно нулю, так как прямая 6, 7 выще выпрямленной синусоиды на первом входе этих ячеек. Выходное напряжение инвертора, равное сумме выходных напряжений всех ячеек, показано на фиг. 2ж. Таким образом, выходное напряжение инвертора описывает синусоиду стабильной частоты и амплитуды от маломощного генератора. Поэтому выходное напряжение инвертора, повторяющее по форме напряжение опорного генератора (но с усилением по мощности в десятки и сотни тысяч раз), также имеет постоянную частоту, форму, близкую к синусоидальной, и стабильно по амплитуде.

При выходе из строя любой из ячеек напряжение на ее выходе становится равным нулю. Допустим, выщла из строя ячейка 2 и напряжение на ее выходе стало равным нулю. Тогда ко второму ВХОДУ ячейки 3 будет приложено единичное, а не удвоенное постоянное напрял ;ение (см. цифры в скобках иа фиг. 2а). При этом ячейка 3 будет работать также, как работала ячейка 2 до выхода ее из строя, т. е. создавать на выходе кривую, показанную на фиг. 2в. Ячейка 4 будет работать так же, как работала ячейка 3 до выхода из строя ячейки 2, ячейка 5 - как ячейка 4. Вместо ячейки 5 начинает работать не работавщая ранее ячейка 6.

Таким образом при выходе из строя любой из ячеек напряжение на выходе инвертора остается стабильным по амплитуде (или по эффективному значению) и сохраняет свою синусоидальную форму. То же самое остается и при выходе из строя любой из оставшихся щести ячеек.

В инверторе, работа которого проиллюстрирована на фиг. 2, эффективные значения выходных напряжений отдельных ячеек резко различны (фиг. 26-2е). Это приводит к существенному завышению габаритов выходных трансформаторов, если эти трансформаторы делать одинаковыми, или к необходимости

применять для каждой из ячеек специальный выходной силовой трансформатор. Чтобы избежать этого, целесообразно формировать выходное напряжение .каждой из ячеек путем отдельного формирования переднего и заднего фронтов (фиг. 3). При этом передние фронты формируются, также как и на фиг. 2, при пересечении восходящей кривой выпрямленной синусоиды с постоянными напряжениями (фиг. За), а задние - при пересечении восходящей кривой напряжения, показанного на фиг. 36, с теми же постоянными напряжениями. Напряжение, показанное на фиг. 36, образуется из напряжения опорного генератора путем его выпрямления и сложения с постоянным напряжением f/ош величина которого несколько меньще амплитуды напряжения генератора. На фиг. Зб-Зж показаны выходные напряжения отдельных ячеек, на фиг. Зк - выходное напряжение инвертора. Из фиг. Зв-Зж видно, что эффективные значения выходных напряжений отдельных ячеек практически равны друг другу.

При выходе из строя любой из рабочих ячеек в работу включается резервная, также как это было проиллюстрировано на фиг. 2.

Формула изобретения

Инвертор со ступенчатой, близкой к синусоидальной формой кривой выходного напряжения, содержащий ряд преобразовательных ячеек с регулируемой скважностью выходного прямоугольного напряжения, в которых выходы всех ячеек соединены последовательно и образуют цепь нагрузки, первые управляющие входы всех ячеек связаны с выходом генератора опорного синусоидального напряжения, а второй управляющий вход каждой данной ячейки связан с последовательно соединенными выходами ячеек, порядковые номера которых предшествуют номеру данной ячейки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД, связь первого управляющего входа ячейки с указанным генератором выполнена через двухполупериодный выпрямитель, а связь второго управляющего входа ячейки с последовательно соединенными выходами предшествующих ячеек - через выпрямитель и фильтр, выделяющий амплитудное значение напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Патент США № 3579081, кл. 321-9, 1971.

2.Патент США № 3768000, кл. 321-27, 1973.

3.Патент США № 3581212, кл. 328-14, 1971.

4.Авторское свидетельство № 291300, кл. Н 02р 13/16, 1969 (прототип).

ж