Способ формирования квазисинусоидального напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к пpeoбpaз6вaтeль ной технике и может быть использован в системах электропитания и в электр приводе для получения переменного напряжения квазисинусоидаЛьной формы Известны способы получения квазис нусоидального напряжения с промежуточным повышением частоты, заключающиеся в демодуляции результи уюгцего высокочастотного напряжения, получае мого путем алгебраического суммирования выходных высокочастотных напря жений двух резонансных инверторов, работающих на незначительно отличающихся частотах, или путем переключения первичных обмоток выходного тран сформатора инвертора { и 2. В первом случае выходное напряжение обладает высоким коэффициентом гармоник, что приводит к увеличению массогабаритных показателей за счет дополнительных сглаживающих или резонансных фильтров. Кроме того, при аппаратурной реализации указанного способа, наличие в инверторах резонансных контуров, рассчитанных на половину мощност.и в нагрузке, также ухуд-лает массо-габаритные показатели преобразователя. Во втором случае при аппаратурной реализации способа наличиезанятных диодов вызывает сужение диапазона возможных нагрузок устройства, сводя его по существу к нагрузкам чисто активного вида. Известен также способ формирования квазисинусоидального выходного напряжения, заключающийся в демо- , дуляции амплитудно-модулированного напряжения, полученного путем переключения вторичных обмоток выходного трансформатора преобразователя 3. Для формирования п ступенчатого квазисинусоидальнсго напряжения с оптимальными параметрами (при этом в отпайках содержится различное число витков), необходимо п отпаек и 2п.1ключал (в зависимости от схемы промежуточного высокочастотного инвертора). При этом соотношение частоты выходного напряжения промежуточной рабочей частоты инвертора tune равно При применении этого способа для построения схем преобразования с

низкой и инфранизкой частотой необходимо увеличивать соотношения несущей и выходной частоты, чтобы обеспечить приемлемую рабочую частоту выходного трансформа тора инвертора, а следовательно,и значительно увеличивать число отпаек и число вторчиных коммутаторов, что усложняет схемную реализацию преобразователя. Поэтому для схемной реализации преобразователя низкой и инфранизкой частоты по такому способу применяют для формирования каждого уровня модулированного напряжения две отпайки с равным числом витков , и соответствующими ko tмyтaтopaми, повышая кратность соотношения частот и получая возможность сколь угодно долго работать на каком-либо уровне выходной частоты. В результате -ухудшаются массо-габаритные показатели преобразователя,

Кроме того, в выходном низкочастотном напряжении преобразователя имеются провалы напряжения до нуля пр.и переходе от одного уровня напряжения к другому, что ухудшает коэффициент гармоник.

Целью изобретения является упрощние реализации преобразователя с одновременным улучшением качества кВазисинусоидального напряжени я.

Это достигается , что по предложенному способу, состоящему в амплитудно-импульсной модуляции 2-г рода высокочастотного напряжения по заданному квазисинусоидальному закону и последующей демодуляции результирующего промодулированного: напряжения, формируют напряжение прямоугольнойформы типа меандрчастотой, .раз прев ыиает частоту квазисинусоидального напряжения расщепляют его на п разностных прямоугольной формы напряжений с отношением частот предыдущего и последующего напряжений равным двум, которые затем между собой перемножают и получают систему напряжений из (,3,4.,.) модулированных сигналов. Причем в данную систему напряжений входят только те сигналы, у которых число переходов на периоде -низкочастотного квазисинусоидального напряжения от одного уровня напряжения к другому/ деленное на два, равно нечетному .Числу (1,3,7,9...), каждым из полученных модулирующих сигналов осуществляют амплитудно-импул. сную модуляцию 2-го рода одного из 2 числа сформированных высокочастотных напряжений, причем амплитуду каждого высокочастотного напряжения задают как аглебраическую сумму срених за полупериод значений синусоидальнрй частотой квазисинусоидального напряжения функции, определенны х на интервалах в которых соответствующий модулирующий сигнал из системы сигналов имеет постояное значение, и взятых со знаком, соответствующим знаку этого модулирующего сигнала на данном интервале. Упомянутое результирующее промодулированное напряжение получают путем алгебраического суммирования промодулированных указанным образом 2 высокочастотных напряжений так, что после демодуляции квазисинусоидальное многоступенчатой формы напряжение имеет 4 различных уровней напряжения.

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя для осуществления предложенного способа формирования квазийинусоидального напряжения с использованием ряда Уолша; на фиг.2 эпюры выходных напряжений преобразователя.

Генератор 1 генерирует прямоугольное напряжение частотой, в 2 п раз превышающей частоту низкочастотного выходного квазисинусоидального напряжения, в данном случае . Напря5, жение, снимаемое с блока 1, поступает на вход И-разрядного двоичного счетчика 2, снимается п (в данном случае 4)прямоугольных разночастотных напряжений с отношением частот последующего и предыдущего напряжения равным двум, которые подаются на вход блока перемножения 3. В блоке 3 осуществляется формирование функций, входящих в аппроксимирующий ряд Уолша. Поскольку в данном ряде содержится только 2 функций, у которых число переходов от одного уровня напряжения к другому, деленное на два, называемого частотой следования функций Уолша, равно нечётному числу, для случая содержится 4 функции Уолща с частотами следования соответственно равными 1,3,5,7. При этом аппроксимирующий ряд Уолша для этого, случая равен:

(t) 2:ia- yoie(i,tl-5iH2ltfi:-IO 63,55.wqec,t)i-o

-25,62wae(,,6 wqe-C,tV5,2 wdгc1 Л

гЯе р.--;),е(1,Ъ)б1

Учитывая, что составляющая Wai (5,t) из этого аппроксимирующего ряда Уолша меньше основной гармоники Wai {l,t) больше чем на-порядок, ею пренебречь без существенного изменения ошибки аппроксимации.

На фиг.2 приведены эпюры выходнйх напряжений, снимаемых с блока 3 Ъ Э соответствующих функциям Уолша с частотами следования 1,3,7. Формирование функций аппроксимирующего ряда Уолша в блоке 3 осуществляется по следующему правилу. Напряжения, снимаемые с выхо дов п разрядов двоичного счетчика перемножают между собой, причем дл формирования функции Уолша с 1 но мером выбирают напряжения, снимаемы с соответствующих разрядов двоичного счетчика для которых в п-разр ном двоичном разложении номера i присутствует единица. Для рассмат риваемого примера в формировании функции Wai (l,t) Wai (1000, t) участвует только напряжение, снимае мое с четвертого разряда двоичного счетчика WaI(l,t)WaI (1000,t) ; U. . В формировании функции Wai (7, t)WaI(lllO,t) участвуют напряжения, снимаемые с выходов четвертого, третьего и второго разрядов Wai(7,t)WaI(1110,t) 04 y. наконец, в формировании функции Wai (H,t) V7aL(llOi . участвуют напряжения, снимаемые с первого, третьего и четвертого разрядов двоичного счетчика Wal(ll Wai (1101, t) UK Ui Ui. Напряжения, снимаемыес выхода блок 3 подаются на блок управления 4. Блок управления 4 формирует высокочастотные управляющие нап 1яжения, изменяющие фазу на 180 в соответствии с моментами изменения знака функции аппроксимирующего ряда Уолша, которые поступают на блок силовых ключей 5. Усиленный по мощности сигнал с блока силовых ключей 5 подается на блок весовых коэффйциентов 6, задающий амплитуды напря жений, пропорциональные соответству щим весовым коэффициентам, функций аппроксимирующего ряда Уолша. Поскольку функции Уолша принимают только два фиксированных значенияплюс и минус единицу, определение весовых коэффициентов аппроксимирующего ряда сводится к вычислению средних значений низкочастотной, синусоидальной, апЬроксимируемой функции на интервалах постоянства данных функций Уолша и затем - к суммированию этих значений с учетом знаков аппроксимирующих функций Уолша на данных интервалах. Выходы весовых коэффициентов б подключены ко входам сумматора 7, в котором осуществляется алгебраическое суммирование высокочастотных напряжений, модулированны по фазе в соответствии с изменение знака функций Уолша. Роль блока силовых ключей 5, весовых коэффициентов 6 и сумматора 7 могут выполня силовые высокочастотные инверторы с трансформаторными выходами. Последовательным соединением вторичных обмоток трансформаторов осуществляю алгебраическое сумглирование, а за счет различных коэффициентов трансф мации производится выбор необходимых амплитуд выходных напряжений. На фиг.2 показаны эпюры напряжеf ий и - и высокочастотных инвертоторов и форма суммарного напряжения П-j , Выделение квазисинусоидального напряжения и 8 осуществляется с помощью демодулятора 8, подключенного к выходу сумматора 7. Выбор в качестве базисной системы функций Уолша обусловлен тем, что система состоит :иэ йабрра прямоугольных импульсов различной длительности и постоянной амплитуды колебаний, которая удовлетворяет всем требованиям теории о наилучшей аппроксимации в смысле среднеквадратического. Если функция разлагается в ортогональный ряд, весовые коэффициенты которого определяются с помощью выражения , а.--Г a)4.(t)d-t, где f(t) - аппррксимируемая функция; 44(t) - функция из базисной ортогональной системы, 1а,Ь отрезок определения функции f (t) , на котором аппроксимация рядсм. правомерна, каждая частная сумма разложения являет-ся наилучшей аппроксимацией в смысле среднеквадратического, и этот благоприятный случай единственный. Поскольку между коэффициентом гармоник и среднеквалратической ошибкой аппроксимации существует взаимно однозначное соотвествие, а именно ,,№J Jfipw где UCD среднеквадратическая ошибка аппроксимации , f(t) - аппр9ксимируемая функция; К - Const в этом случае достигается и минимум коэффициента гармоник. Кроме того, ряд Уолша является быстро сходящимся. Например, для выражение для аппроксимирующего ряда Уолша имеет следующий вид Ш sin 2lt -t J63,55Wae (,,(,,(2,5waec,t)-5,l oitti.,t -63 aet-(5,f)-2,6 vyaC.(n,t)-j,uwaC C25,t1+o,. (.-l.-f) В результате суммирования напряжений формируется восьмиступенчатое квазисинусоидальное напряжение, однако восьмиступенчатое напряжение -олучается уже при суммировании перых пяти функций данного аппроксируюего ряда . С увеличением числа стуеней в квазисинусоидальном выходном апряжении число составляющих аппрокимирующего ряда Уолша, необходиг.«х ля формирования напряжения, астет незначительно. Предложенный способ форялирования квазисинусовдального низкочастотного 81ПгйШ1а не накладыв ает никгтйх огран чений на соотношение выхоцного на .пр 1жения i и промежуточной. рабочей частоты. В зависимости от выбора сха лыдыс кшас бтнйх инверторов {со средней Ьчкой, полумостовая, мостовая) и схемы демодулятора определяется силовых кл 5«1ей, необходимых для Формирования квазисинусоидального напряжения по предЯолен:йому способу Формула изобретения f5tef --a..-.-ii--. .J-.- Способ формирования квазисинусоидального напряжения путем амплитуд импульсной модуляции 2-го рода выср кочастотного напряжения по заданном кваэисинусоидальному закону и последукйцей демодуляции результирующего промодулированного напряжения, от личающийся тем, что, с целые упрощения реализации и улучшения качёс ва квазисинусойдального най15я6(ШШя, для бсуЩествления указа ной модуляции Ф мируют напряжения прямоугсльнсл формй типа меандр частотой, в 2 п раз превышайщёй час тоту квазисйнусоидального напряжени расвдепляют его. на п разночас отных прямоугольной . напряжений с отношением частот предьадущего и по еледу|а1{ёго напряжений равнУм двум, которые затем между собой пёрЖмнбжают и получают систему из 2 (,3,4,5...) модулирующих си гнало выбирают только те сигналы,: у кото1%1Х число переходов на периоде кваз синусоидального напряжения от одног УРОВНЯ к другомгу, д&пенное на два,, равно нечетному числу (1,3,5,7,..), каждьм из полученных 2 модулируйяцих сигналов осуществляют амплитуд , но-импульсную модуляцию 2-ггРрбШ (ОДНОГО из 2 числа сформированных высокочастотных напряжений, причем амплитуду каждого высокочастотного напряжения задают как алгебраическую сумму средних значений за полупериод значений синусоидальной частотой квазисинусоидального напряжения функции, определенных на интервалах, в которых соответствующий модулирующий сигнал из системы сигналов имеет постоянное значение, и взятых со знаком, соответствующим знаку этого модулирующего сигнала на данном интервале, а упомянутое результирукяцее промодулированное напряжение получают путем алгебраического суммированйя промодулированных указанным образом 2 высокочастотных напряжений так, Что после демодуляции КвЪзисинусридальное многоступенчатой форма напряжение на четверти периода имеет различных уровнейнапряжения. Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1.Метод биений и построение на его основе ти эисторных преобразователей частоты с регулируемыми параметрами синусоидального напряжения. В.Е.Тонкаль, Л.П.Мельничук, А.В.Новосельцев, Ю.н.Дыхненко в кн. Современные задачи преобразовательной техники К., ИЭД АН УССР, 1975, ч.4, с.187-197. 2.Однофазные вторичные источники питания со эвеном повБииенной частоты, Мёльничук И.П7, Кравченко в кн. Преобразование параметров электрической энергии . К., -Наукова думс. 220-223. 3. Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в переменное ступенчато-синусоидальное. В.П.Миловзоров, Е.К.Мусолин, А.С.МоJP030B в кн. Современные задачи преобразовательной техники , К., ИЭД АН УССР, , ч.4, с.154.

Ul

Ul i

У| ftFinJiniMUlRfir

%