Инвертор с синусоидальным выходным напряжением Советский патент 1982 года по МПК H02M7/537 H02M1/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания, электропривода, автоматики и связи. Известны инверторы, в которых формируется выходное напряжение в виде ступенчатой кривой, аппроксимирующей синусоиду 1 . Недостаток таких преобразователей, состоит в том, НТО для компенсации большого числа гармоник требуется большое количество ячеек, каждая из которых формирует свою ступень выходного напряже т ния. Это приводит к увеличению массогабаритных характеристик и уменьшению надежности преобразователя. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является ключевой генератор синусоидальных колебаний с активной режекцией высших гармоник В этом генераторе для уменьшения величины гармоник используется компенсационный усилитель, включенный параллель но нагрузке. Ключевой усилитель мощности подключен к нагрузке через дроссель. Если фаза и амплитуда выходного напряжения колшенсационного усилителя равны фазе и амптгтуде первой гармонитси напряжения на нагрузке, то подключение кокшенсационного ус тителя не изменяет режима работы ключевого усилителя и ejx первая гармоника тока замыкается только через нагрузку. Для высших гармоник выходное сопротивление компенсационного усилителя много меньше сопротивления нагрузки, поэтому высшие гармоники тока ключевого усилителя протекают не. через на.грузку, а через шунтирующий ее компенсационный усилитель 2 j . Однако наличие дросселя, включенного между ключевым усилителем и нагрузкой, существенно выходную мощность в нагрузке, т.е. использование такого генератора как по напряжению, так и по мощности мало. Недостатком устройства является также то, гго компенсационный усилитель не отдает мощность первой-гармоники в нагрузку, а тогда, когда амплитуда и фаза на его выходе равны амплитуде и фазе первой гармоники напряжения на нагрузке создаваемого ключевым усилителем. Однако при работе в диапазоне частот амплитудные и фазовые coDTHt шения нарушаются. При этом компенсационный усилитель отдает мощность первой гармоники в нагрузку. КПД компенсационного усилителя существенно меньше КПД ключевого, поскольку первый работает в режиме класса А или В. Следовательно, при работе прототипа в диап зоне частот КПД системы в делом невысок. Кроме того, напряжение питания и потребляемая мощность в компенсационгном усилителе прототипа велики. Это обусловлено тем, что компенсационный усилитель включен параллельно нагрузке, поэтому напряжение питания компенсационного усилителя для снижения собственных искажений должно быть равным или несколько большим напряжения на нагруз Цель изобретения - повышение КПД и расширение диапазона регулирования частоты. Цель достигается тем, что в инвертор содержащий задающий генератор, ключевой усилитель мощности, в выходную цепь о которого включен последовательно дроссель и компенсационный линейный усилитель, введены два делителя напряжения, конденсатор фильтра, инвертирующий усилитель, сумматор, режекторный фильтр и вспомогательный последовательный Ь-С контур, причем выход компенсационного усилителя подключен параллельно цепочке, состояще из указанного дросселя и включенного пос ледовательно с ним конденсатора, вход компенсационного усилителя через режекторный фильтр подключен к выходу сумматора, один вход которого соединен через первый делитель напряжени.ч с выхо-. дом инвертора, а второй вход соединен через последовательно включенные вспомогательный последовательный L -С контур, инвертирующий усилитель и второй делитель напряжения с выходом задающего генератора. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Инвертор содержит задающий генератор 1, ключевой усилитель 2, выход которого соединен с нагрузкой 3 через последова-. тельный колебательный контур 4, состоящий из дросселя и конденсатора, компенсационный усилитель 5, режимный фильтр 95 04 6, сумматор 7, один вход которого через делитель напряжения 8, инвертирующий усилитель 9 и вспомогательный последовательный Ь-С контур 10, идентичный последовательному контуру 4, соединен с задающим генератором 1, а второй вход через делитель напряжения 11с нагрузкой 3. Выход компенсирующего усилителя 5 подключен параллельно контуру 4. Преобразователь напряжения работает следующим образом. Сигнал с выхода задающего генератора 1 поступает на вход ключевого усилителя 2. С выхода ключевого усилителя 2 выходное напряжение знакопеременной прямоугольной формы поступает на последовательно соединенные нагрузку 3 и последовательный контур 4. При отсутствии блока 5 через нагрузку протекает ток высщих гармоник ключевого усилителя 2, ослабленный последовательньпи резонансным контуром 4. Для увеличения рабочей полосы частот преобразования и уменьшения массо-габаритных характеристик контура 4, а следовательно, преобразователя, добротность контура должна быть мала. Поэтому фильтрующие свойства такого контура низки и: через нагрузку протекает большая величина тока гармоник. Если амплитуда и фаза выходного напряжения компенсационного усилителя 5 равны амплитуде и фазе гармоник ключевого усилителя 2, то такое же напряжение высших гармоник будет на контуре 4. Поэтому через нагрузку не протекает ток высших гармоник. В последовательном низкодобротном контуре 4, резонансная частота которого равна средней частоте рабочего диапазона преобразователя, индуктивное сопротивление для первой гармоники компенсируется емкостным сопротивлением, поэтаму первая гармоника тока, ключевого усилителя 2 практически не создает падения напряжения на контуре 4. Следовательно, напряжение первой гармоники на нагрузке 3 равно напряжению первой гармоники ключевого усилителя 2, т.е. использование такого генератора по напряжению и мощности гораздо лучше , чем в прототипе. На последовательном контуре 4 про исходит падение напряжения высших гармоник, т.е. максимальное напряжение на контуре 4 значительно меньше, чем падение напряжения первой гармоники на нагрузке 3. Поэтому и напряжение

источника пита}гая компенсационного усилителя 5, подключенного параллельно контуру 4 в предлагаемом устройстве, а следовательно, и потребляемая мощност компенсационного усилителя 5, значительно меньше, чем .в прототипе, где компенсационный усилитель подключается параллельно нагрузке, на которой выделяется большое напряжение первой гармоники. В предлагаемом устройстве первая гармоника тока протекает через компенсационный усилитель 5 только в том случае, если она имеется на его выходе. Её устранение на входе компенсационного усилителя 5 при работе преобразователя в диапазоне частот осуществляетс с помощью режекторного фильтра б и сумматора 7, на один вход которого подается напряжение первой и высших гармоник с нагрузки 3 через делитель 11, а на второй первая гармоника с выхода задающего генератора 1 через делитель напряжения 8, инвертирующий усилитель 9 и последовательный контур 10, идентичный контуру 4. Благодаря действию инвертирующего усилителя 9, изменяющего полйрность входного напряжения, и контура 10 напряжения первой гармоники на входам сумматора 7 противофазны при работе преофазователя в диапазоне частот. В режекторном фильтре 6 происходит дополнительно фильтрация первой гармоники, а благодаря частотньп« свойствам режекторных фильтров практически не происходит сдвига фаз высших гармоник.

Необходимость осуществления фильтрации первой гармоники одновременно с помощью сумматора и режекторного фильтра обусловлена следующим. Поскольку величина первой гармоники в нагрузке практически всегда на несколько порядков превьпцает высщие гармоники, то необходимую степень подавления первой гармоники только в сумматоре при передаче высших гармоник без значительных искажений не удается. Поэтому необходимо осуществлять дополнительную фильтрацию с помощью режекторного фильтра 6, который осуществляет фильтрацию

первой гармоники и не производит сдвига фаз высших гармоник. В свою очередь подавление первой гармоники только с помощью режекторного фильтра при работе преобразователя в диапазоне частот невозможно, поскольку требуется фильтрация первой гармоники на несколько порядков, что приведет к резкому, уменьшению полосы пропускания режекторного фильтра и к сужению диапазона изменения частоты.

Формула изобретения

Инвертор с .синусоидальным выходным напряжением, содержащий задающий генератор, ключевой усилитель мощности, в выходную цепь которого включен последовательно дроссель и компенсационный линейный усилитель, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повьпиешга КПД и расщирения диапазона регулирования частоты, в него введены два делителя напряжения, конденсатор, фильтра, инвертирующий усилитель, сумматор, режекторный фильтр и вспомогательный последовательный Ь-С контур, причем выход компенсационного усилителя подключен параллельно цепочке, состоящей из указанного дросселя и включен- ного последовательно с ним конденсатора, вход компенсационного усилителя через режекторный фильтр подключен к выходу сумматора, один вход которого соединен через первый делитель напряжения с выходом инвертора, а вторйй вход соединен через последовательно включенные всябмогательный Ь-С контур, инвертирующий усилитель и второй делитель напряжения с выходом задающего генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 558361, кл. Н 02 М 1/12. 1974.

2.Труды Горьковского политехнического института им. А. А. Жданова, т. 29, вьш. 7, 1973, с. 18.