Способ регулирования выходного напряжения автономного инвертора

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликнеиием заявкиис оеударственный комитетСовета Министров СССРпо делан язооретенкЯи открытиЯ риорите 06.78.Бюллетень53) УДК 621,316,72(43) Опубликовано (45) Дата опубли ния описаяия 09,06 О, Г. Булатов И.(72) Авторы изобретения нстнтут иий ордена Ленина энергетичес 73) Заявитель ПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОРО НАПРЯЖЕНИ АВТОНОМНОЮ ИНВЕРТОРА Изобретение относится к преобразовательной. технике и может быть использовано прн построении регулируемых по напряжению автономных инверторов.Известны раэличцые способы регулирования величины напряжения внутреннимя средствами автономных инверторов напряжения, формирующих выходной сигнал при помощи последовательности прямоугольных импульсов с неодинаковыми амплитудами (Ц и 2.Способ регулирования по среднему на нолупериоде значению заключается в синхронном изменении длительностей импульсов, составляющих кривую выходного напряжения, в соответствии с измененнем амплитуды функции построения (аналога кривой выходного напряжении), частным случаем которой может быть синусоида, разбитая на равные но длительности участки, площадь каждого из которых воспроизводит определенный импульс формируемого напряжения, Качество выходного напряжения при таком регулировании ухудшается при уменьшении длительностей импульсов формирования н зачастую не может удовлетворить потребителей. Поскольку основная область применения автономных ннверторов - вторичные источники синусоидальиого напряжения, можно ограничиться синусоидой в качестве функции построения.Кривая многоступенчатого напряжения,функцией построения которой является синусоида, является разновидностью амплитудно-им. пульсно-модулированного напряжения по сниусондальному закону, которое при максимальной длительности импульсов, составляющих волну выходного напряжения, обладает вполне приемлемым гармоническим составом и зачас 6 тую не нуждается в дальнейшей фильтрации.Прн регулировании амплитудно-модулированного напряжения порядок гармоник, содержащихся в.выходном напряжении и, соответственно, порядок устраняемых гармоник определяется только количеством импульсов в иолуволне оформируемого напряжения и, как известно, не завйсит от их ширины н правила выбора амплитуды, что упрощает последующую фильтрацию.Однако такой способ регулирования имеет 30 существенный недостаток: амплитуды высокихгармоник напряжения при уменьшении длительности импульсов, составляющих полуволну выходного канряження, резко растут, гармони.ческий. октав заметно ухудшается, что вынуждает увеличивать уСтановленную мощностьфнльтруюше.) о оборудования н приводит к ухулшенню технику).экономнческнх показателей преобразовательной установки.Целью нэобретення является уменыпеннеискажений выходного нзпряження во всем диапазоне его регулирования.Это достигается тем, что прн регулнрованнн по известному способу, когда синусоидувыходного напряжения формируют из последовательностн прямоугольных импульсов с неодннаковымн амплитудами, площа,;ь каждого нзкоторых равна плошади соответствующегоучастка формируемой сннусонды, а нх длнтельностн изменяют в ссютветствнн с требуемой величиной выходного нанряження на всемднапазоне регулирования, сравнивают площадькаждого участка формнруемой синусоиды спронзведеннем максимально возможной длнтельностн импульса на амплитуду меньшего поуровню импульса соседнего участка н, еслисравниваемая площадь окажется меньше укаэанного произведения нлн равной емуформируют на данном участке импульс амплитудой,равной амплитуде меньшего по уровню нмпульса соседнего участка,На фнг. 1 гоквзана кривая для случая,когда выходное напряженне ннвертора формнруется нэ пяти импульсов амплитудами А) - А 3(полупериод выходного напряжения разделенна пять равных тактовых нютервалов); нафнг. 2 показана силовая часть преобразователя, реалнзуюшего предложенный способ, н временные днараммы, поясняющие его работу,Величина выходного напряжения ннверторамаксимальна, когда паузы между импульсамиформировання отсутствуют (фнг. 1 а). Амплнтуда импульсов выходного напряження рассчитывается именно по этому режиму такимобразом, чтобы произведение амплитуды нмпульса на максимально возможную длнтельность равнялось площади соответствующегоучастка синусоиды построения,Прн последующем регулировании напряження вниз от максимального значения непрерыв.но определяют площадь каждого участка синусоиды построения н, поскольку этн площадидолжны быть равны площадям соответствующих импульсов формнровання, в каждый момент времени находят требуемые длнтельностнкаждого импульса путем деления величиныплошади на величину амплнтуды. Определение площадн участка синусоидами может вестись по-разному, в частности, если в систему управлення ннвертором заложена опорная синусоида частотой, равной частоте формируемого выходного напряжения, с возможностью плавного регулнровання амплитуды от максимального значения до нуля, амплнтуда опорной синусоиды в каждый момент времени в соответствующем масштабе однозначно определяет длительность каждого импульса выходнОго напряження, так как прн жестко фякснрованных границах участков сннусонды связь между длительностью ымпульсов формяровання н площэдямн участков сянусоиды лннейная. Одновременно плошадь каждого участкасннусоиды сравнивают с пронэведением максимально возможной длительности импульсана амплитуду меньшего по уровню импульсасоседнего участка, Гока сравниваемая площадь больше упомянутого пронзведення регулнрованне производится одним лишь непрерывным изменением длительности импульсовбез изменения амплитуды импульсов, Нафнг. 1 б представлен один нз моментов тако- .еГу го этапа регулирования, Подобный режим фактически тождествен моменту регулнровання поизвестному способу.Прн дальнейшем регулировании в момент,когда площадь какого-либо участка сннусоиеды построения равна произведению м акснмально возможной длительности импульсов наамплитуду меньшего по уровню импульса формнровання соседнего участка, на описываемомучастке синусоиды построения генерируют иыпульс амплитудой, равной меньшей по абсо 20 лютной величине амплитуде импульса на соседнем участке. Так на фнг. 1 в нэображенмомент равенства площади участка 1 синусонды построения произведению макснмальновозможной длительности импульса на амплнтуду импульса участков 11 и 1 Ч, в этот моментимпульс формирования участка 1 И уменьшаютпо амплитуде до соседних импульсов с одновременным расширением длительности до йакснмальной, вмплнтуды импульсов сохраняютдо следующего шага регулирования.Дальнейшее регулирование проиэводнтсяаналогично: находят площадь каждого участка синусоиды построения,:делят на соответствующую амялнтуду импульса формирования,что однозначно определяет длительность импульса, одновременно пронзводят операцию опифсанного сравнения.На фнг. 1 г показан момент равенства площадей участков 11 и 1 Ч синусоиды построенияпронзведенню амплитуды импульсов участков 1н Ч на макснмальио возможную длительность 46 амплитуды импульсов участков 11 н 1 Ч дискретно уменьшайт с одновременным увеличением нх длительности,На фнг. 1 д показан момент равенства площади участка 1 Псннусоиды построения пронзиведенню амплитуды импульсов участков, 1н 1 Ч на макснмально возможную длительность.В этот момент амплитуды импульсов всех участков становятся одинаковыми. Дальнейшее регулнрованне вниз ведется непрерывно вплотьдо нулевого значения выходного напряжения,Ю Прн регулировании выходного напряжениявверх описанные процессы повторяются в обратной последовательнрстя.В общем случае чнсло шагов регулнроваюя равно Х = (и - число уровнейП П)Явыходного напряжения)еТаким образом, для числа импульсов напплуперипле ) 6 п 6 (п 3) Ы - е О- 3,ллп ) 7 и 6 (п 4) М - 6; ллп ) - 9 и )п12217 Формула изобретения 5Описанный способ регулирования реализуется посредством соответствующим образом выполненной системы управления ключами инвертора. Функцией системы управления при этом является как параметрическое регулирование длительностей импульсов выходного напряжения в соответствии с требуемой величиной выходного напряжения, так и сравнение площади каждого участка формируемой синусоиды с произведением максимальной длительности импульса на амплитуду меньшего по уровню импульса соседнего участка. Логическая часть системы управления стронтся таким образом, что в случае, если сравниваемая площадь меньше описанного произведения или равна ему, подается команда на формирование на данном участке импульса амплитудой, равной меньшей по абсолютной величине амплитуде импульса соседнего участка. Система легко реализуется как на дискретных, так и на интегральных элементах широкой номенклатуры.Одной из наиболее простых и распростра-. ненных силовых схем преобразователей, реализующнх способ, являются схемы инверторов, выполненные на трансформаторе с отпайками. Упрощенный вариант вторичной стороны силовой части такого ннвертора показан на фиг, 2 а.Первичная сторона ннверюра генерирует . двуполярные импульсы без пауз частотой, в пять раз превышающей выходную частоту ннвертора. Управляемые ключи 1, 2, 3 являются командными для получения выходных импульсов амплнтудами соответственно А 1, А, А,. По сравнению с традиционным выполнением в схему ннвертора добавлен мост на управляемых ключах 4 - 7 (в диагональ которого включена нагрузка 8), осуществляющий в нужные моменты реверс тока нагрузки 8. На фиг. 2 6 в ,д показаны йнтервалы проводимостей цепей формирования на вторичной стороне трансформатора 9 ннвертора, соответ-. ствующие диапазонам регулирования, показанным йа фиг. 1 б - д соответственно. Проводимость всех цепей (фиг.2 а) двусторонняя,что может быть реализовано, например, встречно- параллельным соединением тиристоров. Включение н выключение ключей может производиться по командам системы управления в . любые необходнмые моменты времени.На фиг. 26 показан момент регулирования по известному способу: кривая выходного напряження (формы фиг. 16) формируется последовательным переключением управляемых ключей 1 - 2 - 3 - 2 - 1 - 1 - 2, величина выходного напряжения определяется моментами включения и,выключения управляемых ключей. б1 а фиг. 2 в показан первый наг регулирования по предложенному способу: в момент дискретизации изменяется алгоритм переключения формирующих ключей: 1 - -2 - -221 -- 2, одновременно изменяется последовательность переключения ключей моста.На фиг, 2 г в момент второго шага регу. лироеания формирующие ключи работакт в последовательности 1 - 1 - 2 ----- в 2 - , соответственно изменен алгоритм работы и ключей моста 4 - 5 н 6 - 7.Для фиг. 2 В (момент последнего переклю. чения) и далее на всем периоде выходное напряжение формируется при помощн управляемого ключа 1, поскольку амплитуды нмпульсов формирования на всех участках выходно го напряжения здесь должны быть одинаковы н равны А,Предложенный способ регулирования позволяет значительно уменьшить искажение выходного напряження прн его регулированин и за счет этого уменьшить установленную мощность фильтров. Способ регулирования выходного нанряжеМ ния автономного инвертора, формирующего синусоиду выходного напряження прн помощипоследовательности прямоугольных импульсовс неодинаковыми амплитудами, площадь каждого из которых равна площади соответствующего участка формируемой синусоиды путемизменения длительностей импульсов в зависимости от требуемой величины выходного напряження, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искажений выходного напряжения вовсем диапазоне его регулирования, сравниваютЗВ площадь каждого участка формируемой сннусоиды с пронзведением максимально возможной длнтельности импульса на амплитуду меньшего по уровню нмпульса соседнегоучастка и генерируют на данном участке импульс амплитудой, равной амплитуде меньшегопо уровню импульса соседнего участка, есливеличина сравннваемой площади не превышаетукаэанного произведения.Источники ннформацни, прцнятые во вни.мание при экспертизе:4 р 1. Авторское свидетельство СССР512547,кл, Н 02 М 7/537,2. Тонкаль В. Е., Липковскнй К. А., Мельничук Л, П. Основные методы улучшенияформы выходного напряжения однофазных ав.тономных инверторов, Сб. Повышение эффектнвностн устройств преобразовательнойтехникиь, ч, 1 К., Наукова думками, 1972,с, 41 - 60.И(ИИ 1 И Государственного комитет по дела м изберете 113035, Мгкк ва, Ж, Р Филиал 01 И Натент, г. У