Инвертор со ступенчатой, близкой к синусоидальной, формой кривой выходного напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02M7/537 H02M1/12 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода для Преобразования постоянного напряжения в переменное кап ряжение синусоидальной формы. Известны статические преобразователи содержащие несколько преобразовательных мест, выходы которых соединены между собой последовательно, а управляющие входы через аналого-4хифровой блок соединены с задающим генератором fll . Известны также инверторы с многосту пенчатой, близкой к синусоидальной, формой кривой выходного напряжения, содержащие несколько преобразовательных ячеек, соединенных по питающей цепи параллельно, а по выходу - последовательно и управляемых от триггеров, каждый из которых через нуль-орган и измерительные трансформаторы соединен с выходом всех предшествующих ячеек и выходом задающего генератора 2} и 3J. Недостатком данного инвертора является необходимость введения в схему измерительных трансформаторов и нуль-органов в количестве, равном количеству преобразовательных ячеек. Наличие значительного количества магнитных элементов увеличивает массу ,и габариты устройства и повыщает трудоемкость его изготовления. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов. Эта цель достигается тем, что в инверторе, содержащем несколько преобразовательньк ячеек, соединенных по цепи питания параллельно, а по выходу ™ последовательно и имеющих управляющие входы, подключенные с выходами триггеров, связанных с задающим генератором синусоидального напряжения, введены блок деления и реверса питающего напряжения, блок фазового сдвига на 90 ал. градусов и нуль-орган. Триггеры соединены по схеме реверсивного счетчика импульсов, тактовый вход которого соединен

iepea нуль-орган с псюледовательно соединенными выходами инвертора, задающегЧ) . генератора и блока деления, а входы управления реверсом счетчика Импульсов и блока деления соединены с выходом задающего генератора через фазосдвигакицее устройство. Триггеры выполняются с двумя или тремя устойчивыми состояниями.

На фиг. 1 показана блок-схема {швер- тора;на фиг. 2 - варианты вьшолнения

силовой части; на фиг, 3 - диаграммы, . поясняющие работу инвертора; на фнг. 4 вариайт вьтолнения счетчика и диаграмма его работы; на фиг. 5 - варианты вьтолнения силовых преобразбватеттьньХ йчёек; на фиг. б - варианты выполнения силовой части инвертора, с бестрансформаторным выходом. В блок- хему инвертора (фиг. 1) входят си ло7ые пре.обра зо БаТпльн ыеячейки 1. соединенные по выходу последовательно и заМкнутые на нагрузку 2. На каждую преобразовательную ячейку через клеммы а , б, и т.д.поступают импульсы уп равлейия, снимаемые с триггеров 3, соединенных по схеме реверсивного счетчика импульсов 4. Триггеры соединены между собой по схеме со счетным входом через ключи 5 (например диодные), осуществляющие реверс счетчика с помощью дополнительного триггера 6. На вход счетчика подаются иМпульсы от нульоргана 7 (например блокинг-генератора), срабатывающего всегда, - когда напряжение ки его входньгх зажимах переходит через нуль. На вход ну;ъ-органа воздействует я. ,„,,, , г, г., сумма трех напряжений: синусоидального II. напряжения Uir снимаемого с выхода задающего генератора 8; ступенчатого на.1„ пряжения и,, . снимаемого с клемм нагг рузки 2 и прямоугольного опорного напряжения к и, получаемого на выходе . блока деления и реверса полярности питающего напряжения 9. Реверс блока и счет чика 4 осуществляется с помощью фазосмешателя на 9СР- блока 10, синхронизйрУёмого импульсами задающего тонератора.: Силовые преобразовательные ячейки могут быть выполнены по схеме со сред-т ней точкой (фиг. 2а), совмещенной полумостовой схеме (фиг. 26) и полумостовой схеме со средней точкой источника питания (фиг. 2в). В качестве силового ключа 11 может быть использован любой полностью управ ляемый ключ, обладающий в открытом со стоянии двусторонней проводимостью, напримёр транзистор, шунтирова1шый диодом или тиристор с принудительной коммутацией, также шунтирова -1ный диодом.

Коэффициенты трансформации силовых трансформаторов 12 ячеек выбираются на основании закона двоичного (1,2,4,8 и т.д.) или троичного (1,3,9,27 и т.д.) ряда чисел.

В первом случае производится сумми- рование положительных и отрицательных напряжений ячеек (фиг. 2а,в) либо суммирование нулёвьк и положительных напряжений на выходе ячеек (фиг. 26), а во втором случае суммирование положительньрс, нулевых и отрицательньсх напряжений. Величина эталонного напряжения Uip выбирается в соответствующем масштабе, равной напряжению первой гармоники выходного напряжения инвертора, а. величина напряжения на вькоде блока 9 выбирает « половине напряжения одной ступени Уц в том же масштабе. Работа предложенного инвертора поясняется диаграммой . 3, Разностное напряжение J, - (фиг. 36) сравнивается напряжением к Ua и в момент равенства этих напряжений происходит срабатывание нуль-органа 7. При этом на счетчиас поступает оче- реяной импульс, что вызывает переключение сосЭТветствующего триггера счетчика и соответствующей силовой преобразовательной ячейки. Выходное напряжение Н скачком изменяется на одну ступеньку, а напряжение и,г - UH скачком знак. После этого напряжение начинает плавно изменяться и через оДин такт процесс повторяется, ... правильной работы инвертора на - . второй и четвертой четверти периода ,,, (фиг. 3) необходимо осуществить реверс н счетчика и реверс полярности напряжения к Ufi , что обеспечивается фазосмешате- лам Ю.. Диаграмма состояний силовых ячеек соответствует последовательному состоянию ячеек счетчика и для случая двоичного счета показана на фиг. 3 в. Из принципа работы схемы следует, что в результате выходное напряжение инвертора имеет многоступенчатую форму, нанизанную на залающук) синусоиду, так, что вертикальные участки ступенек делятся этой синусоидой пополам. В схемах по фиг. 2 а,в число ступеней выходного напряжения определяется фс мулой 2 , а схеме по фиг. 26 - формулой 2 V где N - число преобразовательных ячеек. Для увеличения количества ступеней счетчик вьтош яется на троичных ячейках способных заменить последовательно три устойчивых состояния , О и 1 (фиг.4). Силовые ячейки этого варианта показаны на фиг. 5. Добавление силового ключа 13, закорачивающего первичную о мотку силового трансформатора через вы прямитель 14, при одновременном запирании основных ключей 11, обеспечивает нулевое выходное напряжение ячейки при отпирании этого ключа. Ключ 13 может использоваться также и в схеме по фиг. 2 В мостовом варианте все силовые ячейки должны вьтолняться на.четырех ключах, управляемых от ячеек счетчика, согласно схеме фиг, 5 б с помощью разделительных диодов 15,. В тех случаях, когда не требуется гальваническое раздел ние входа и выхода инвертора, в одной из ячеек может отсутствовать трансформатор, а при наличии нескбльких секций источника питания схема силовой час ти может быть вьтолнена полностью бестрансформаторной (фиг. 6 а) для троично го счетчика или (фиг. 66) для двоичного счетчика. Стабилизация выходного напряжения в предложенном инверторе происходит автоматически для случая изменения напряже ния питания. Как следует из фиг. 3- при этом автоматически изменяется число ступеней, а амплитуда и эффективное значение выходного напряжения инвертора остаются практически постоянными. Для более точной стабилизации U можно корректировать величину Ujp, используя обычные замкнутые системы. Предложенный инвертор содфжит толь ко один нуль-орган и связанньй с ним один измерительный трансформатор. Поэтому при использовании элементов микроэлектроники для всех остальных узлов можно уменьшить массу и: габариты системы управления инвертором. Формула изобретения 1, Инвертор со ступенчатой, близкой к синусоидальной, формой кривой выходно436го напряжения, содержащий несколько соединенных по цепи питания параллельно, а по выхолшой цепи последовательно пр образовательных ячеек, входьг управления которых соединены с выходами триггеров, связанных с задающим генератором синусоидального напряжения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, он снабжен блоком Деления и реверса питающего напряжения, блоком фазового сдвига на 90 эл.градусов, и нуль-органом, причем указанные триггеры соединены между собой по схеме реверсивного счетчика импульсов, а указанная связь триггеров с задаюшим генератором выполнена так, что тактовый вход счетчика импульсов соединен через нуль-орган с последовательно соединенными выходами инвертора, задающего генератора и блока деления, а входы управления реверсом счетчика импульсов и блока деления соединены с задающим генератором через блок фазового сдвига. 2.Инвертор по п, 1,о т л и ч а ю щ и и с я тем, что триггеры вьтолнены с двумя устойчивыми состояниями, а преобразовательные ячейки выполнены по двухтактной схеме. 3.Инвертор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что триггеры вьтолнены с тремя устойчивыми состо1шиями, а преобразовательные ячейки вьтолнены по мостовой схеме. 4.Инвертор по п. 1,отлича и с я тем, что триггеры вьтолнены с тремя устойчивыми cocтoяliиями, а преобразовательные ячейки выполнены по cxeKie с. шунтированием первичной обмотки. Источники информац.ии, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторасое свидетельство СССР № 508888, кл. Н 02 р 13/16, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 505104, кл. Н О2 М 7/48, 1971. 3.Авторское свидетельство СССР № 505103, кл. Н:02 М, 7/48, 1971.

-о

л} 4)/ ФиеЗSt Ф% ф1д. фие4 Лслол/л, . .2r%

ЦчЛ.

/2

/4

a;

w4.A.y4

Ж/5.

fS

ay 5t Of

B)