Способ управления инвертором сВыХОдНыМ НАпРяжЕНиЕМ M-СТупЕНчАТОйфОРМы Советский патент 1981 года по МПК H02M7/537 

1

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах электропривода, автоматики и радиоэлектроники для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение ступенчатой формы, например близкой к синусоидальной.

Известны инверторы на ключевых элементах (транзисторах, тиристорах и т. п.), выполненных по многоячейковой схеме, в которых для получения выходного напряжения синусоидальной формы выходные зажимы отдельных ячеек соединены с выходными зажимами инвертора через автотрансформаторы, имеющие отвод от средней точки обмотки и включенные по схеме «пирамиды 1.

Способ управления ключами этого инвертора состоит в том, что ячейки переключаются с помощью пересчетного кольца со взаимным сдвигом на угол n/3jV, где Л - число ячеек. Несмотря на то, что в данной схеме указанные автотрансформаторы работают на частоте, в 6 раз превышающей выходную частоту инвертора, при большой выходной мощности и относительно низкой выходной частоте (50-400 Гц) масса и габариты этих автотрансформаторов значительны.

Известны также многоячейковые мостовые инверторы с многоступенчатой, близкой к синусоиде, формой кривой выходного напряжения, содержащие автотрансформаторы с отводом от средней точки обмотки и дополнительные трансформаторы . Способ управления ключами этого инвертора обеспечивает перемагничивание сердечников автотрансформаторов на чистоте, во

сколь угодно раз более высокой, чем выходная частота инвертора. Однако перемагничивание сердечников дополнительных трансформаторов происходит на частоте, лишь в 7,5 раз превышающей выходную

частоту инвертора. Поэтому их масса и

габариты при большой выходной мощности

и относительно низкой выходной частоте

значительны.

Цель изобретения - снижение массогабаритных показателей.

Это достигается тем, что согласно предложенному способу управления инвертором с выходным напряжением М-ступенчатой формы, выполненном на Л полумостовых

ячейках, выходные выводы которых соединены с выходным выводом инвертора через автотрансформаторы, состоящему в том, что переключают управляемые вентили смежных ячеек тактовыми импульсами с

взаимным сдвигом на один такт, тактовые импульсы генерируют с частотой, в целое число раз превышающей выходную частоту инвертора, коммутируют управляемые вентили каждой ячейки с периодом в N тактов и переключают их в исходное состояние через М-тактов, где М - номер ступени выходного напряжения.

Благодаря тому, что частота тактовых импульсов может быть выбрана в целое число раз превышающей выходную частоту инвертора, масса и габариты силовых магнитных элементов могут быть существенно снижены.

На фиг. 1 показан пример выполнения схемы по данному способу; на фиг. 2а,б - диаграмма напряжений на отдельных участках схемы; на фиг. 3 в, г, д - формы выходного напряжения.

Сущность способа показана на примере однофазного инвертора (фиг. 1), выполненного на четырех полумостовых ячейках на транзисторах 1-8 и автотрансформаторах 9, 10, И, -имеющих отвод от средней точки обмотки и соединяющих выходные зажимы ячеек с нагрузкой 12 инвертора по схеме типа «пирамида. Входные цепи транзисторов соединены с триггерами 13, которые переключаются импульсами повышенной частоты, в несколько десятков раз превышающей выходную частоту инвертора, поступающими от тактового генератора 14 через управляемый распределитель 15 импульсов. Этот распределитель может быть выполнен например в виде Л -ячеичного пересчетного кольца 16 и управляемых ключей (схем типа И) 17, число которых составляет Л, где Л - число ячеек инвертора. Цепи управления распределителя 15 импульсов соединены с задающим устройством 18, которое поочередно посылает комбинацию команд А, Б, В, Г в те моменты времени, когда необходимо на выходе инвертора сформировать очередную -ступеньку выходного напряжения.

Работа схемы поясняется диаграммой напряжений (фиг. 2), на которой t/i4 -напряжение на выходе генератора 14; , ж, 3, и - напряжения «а выходе ячеек пересеченного кольца 16; Vi, Uz ... Us - напряжевие на транзисторах 1-8 соответственно; Ug, Uiu, Uii-напряжения на обмотке автотрансформаторов 9, 10, 11 соответственно; С/н - напряжение на нагрузке 12.

Рассмотрим случай, когда «а нагрузке 12 формируется выходное напряжение с равной шириной ступенек (трапециальной формы). При этом частота тактовых импульсов t/14 выбирается равной

f,t KNr./af,,

где К - любое целое число; Л - число ячеек инвертора; а - относительная ширина ступени выходного напряжения частоты /вых. В рассматриваемом случае (фиг. 2)

К 2; N 4; Л,/Л

,

т. е. при Гц; ,4 кГц. Диаграмма подач команд управления распределителем 15 и форма выходного напряжения показана на фиг. 26. На интервале времени О подана команда А, сигналы L/e-ii проходят только на правые половины триггера 13, и на всем интервале открыты только нижние транзисторы всех ячеек инвертора, формируя на нагрузке ступеньку напряжения величиной Un/z. На интервале времени I (формирование ступени с номером ) поданы команды А и Б, поэтому обратное переключение триггеров 13 происходит через один такт частоты /14 после прямого переключения (см. напряжение Ui-Us), автотрансформаторы

9-11 делят напряжение источника питания в отношении 0,75 : 0,25, и на выходе инвертора формируется ступенька напряжения величиной /п/4. На интервале времени II (формирование ступени с номером )

поданы команды А и В, обратное переключение триггеров 13 происходит через два такта частоты /i4, после прямого переключения автотрансформаторы 9-11 делят напряжение UT, пополам, напряжение на нагрузке имеет паузу на нуле. На интервале времени 1П (формирование ступени с номером М.3) поданы команды А и Г, обратное переключение триггеров 13 происходит через три такта частоты после прямого переключения. Автотрансформаторы 9-11 делят напряжение в отношении 0,25-0,75, и на выходе инвертора формируется ступенька напряжения величиной - f/n/4. На интервале времени IV поданы

команды Б, В, Г, сигналы t/e-n проходят только на левые половины триггеров 13, и на всем интервале открыты только верхние транзисторы всех ячеек инвертора, формируя на нагрузке ступеньку напряжения величиной - f/n/2. Частота перемагничивания сердечников автотрансформаторов составляет 19,2 и 9,6 кГц (см. диаграмму Ug, Uw, Uii). Если для этих сердечников использовать материал с малыми потерями (например 79 НМ, 0,02 мм, феррит и т. п.), то эквивалентная габаритная мощность (произведение вольт-секунд напряжения на эффективный ток) составит 1-3% от мощности нагрузки. Например, для рассматриваемого случая Ргаб АТ/Рн 2,2%, т. е. масса и габариты автотрансформаторов занимают небольшую долю массы и габаритов всего инвертора. Во многофазном инверторе каждая фаза выполняется аналогично схеме,

изображенной на фиг. 1, причем генератор 14, пересчетное кольцо 16 и задающее устройство 18 выполняются общими для всех фаз. Линейное напряжение многофаз-ных инверторов имеет увеличенное число

ступеней. Например, в трехфазном инверторе на четырех ячейках и девяти дросселях (три фазы по схеме фиг. 1) выходное напряжение имеет вид, показанный на фиг. 3 в. При равномерной ШИрине ступеней такая форма -имеет коэффициент искал ений , а наинизшие высшие гармоники ,20/д (/, 1,3%, t/i,4%. При увеличении числа ячеек до восьми форма выходного напряжения приближается к трапеции (фиг. Зг) и имеет КПИ 5%, , , . Задающее устройство для получения такой формы кривой выполняется в виде обычного задающего генератора и пересчетного кольца. Для полного устранения высших гармоник низкого порядка в качестве задающего устройства может использоваться эталонный источник, синусоидальное выходное напряжение которого С/эт сравнивается с выходным напряжением инвертора и опорным постоянным напряжением t/on (фиг. 3 д). Формируемые в результате сравнения с помощью нульоргана импульсы через реверсивное пересчетное кольцо подаются на вход распределителя 15. Получаемая при этом форма кривой имеет и наинизшие гармоники t/n 6%, , ,4%,

,5% при N. Поэтому выходной LC-фильтр инвертора, предназначенный для получения плавной синусоидальной формы

напряжения, будет иметь пренебрежимо малую массу и габариты и высокую надежность.

Формула изобретения

Способ управления инвертором с выходным напряжением М-ступенчатой формы, выполненном на Л полумостовых ячейках, выходные выводы которых соединены с выходным выводом инвертора через автотрансформаторы, состоящий в том, что коммутируют управляемые вентили смежных ячеек тактовыми импульсами с взаимным сдвигом на один такт, отличающийся

тем, что, с целью снижения массогабаритных показателей, тактовые импульсы генерируют с частотой, в целое число раз превышающей выходную частоту инвертора, коммутируют управляемые вентили каждой

ячейки с периодом в Л тактов и переключают их в исходное состояние через М тактов, где М - номер ступени выходного напряжения.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 1739924/24-07, кл. Н 02М 7/537, 1972. 2 Авторское свидетельство СССР

№ 601791, кл. Н 02М 7/53, 1973.

ff г

,.

Ve Vx

Щ Vu

щ

и,

R-JIJnJbRf

J

Vt

Vs

Vff

Щ Ve Vs

±fbd bRdFy

VfP

Щ

VH