Устройство для управления автономным инвертором напряжения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ С 43 юз Советски к Сфцнвлнсткческна Реслублнн(6) М. Кл,(22) Заявлено 22.11.76 (21) 2421344/24-07 Н 02 Р 13/18 с присоединением заявки Я Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытийОпублнковано 1503.79, Бюллетень РВ 10 Лата опубликования описания 150379(72) Авторы нзобретения О.Г, Булатов, В.И, Олещук и Е.Е. Чаплыгин Московский ордена Ленина энергетический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯУстройство относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для управления автономными инверторами напряжения.Известно Устройство для управления инверторами напряжения (1), формирующее широтно-импульсную модуля- цию (ШИМ) выходного напряжения по синусоидальному закону и обеспечивающее улучшенный гармонический состав выходного напряжения.. Недостатком данного устройства является сложность системы управления, которая должна включать в себя источник синусоидального управляющего 15 напряжения, реализация которого в инверторах с многофазным выходом представляет большие трудности. Кроме того, для получения хорошего гармонического состава выходного нанряжения количество коммутаций на периоде выходного напряжения должно быть большим, что увеличивает коммутационные потери, снижает КПД, ограничивает диапазон изменения вы- и 5 ходных частот.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является ус" тройство для управления инвертором, ф формирующим прямоугольно-ступенчатоевыходное напряжение, содержащее источник постоянного регулируемого по величине управляющего напряжения, генератор тактовых импульсов, генератор йилообразного йапряжения, компаратор и распределитель управляющихимпульсов. В таком устройстве выборамплитуд ступеней позволяет при небольшом числе коммутаций исключитьряд низших канонических гармоник изспектра выходного напряжения во всемдиапазоне регулирования выходногонапряжения И,Недостатком устройства являетсято, что приглууокОм регулированиивеличины выходного напряжения резкорастут амплитуды высших гармоник выходного напряжения, что приводит кросту типовой мощности выходных фильтров и к ухудшению технико-экономических показателей инвертора.Цель изобретения - улУчшение гармонического состава выходного напряжения инвертора при глубоком регулировании,Поставленная цель достигается тем,что в устройство для управления автономным"инвертором напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения, содержащее генератор тактовых импульсов, связанный через генератор пилообразного напряжения со входом компаратора, соединенного с распределителем управляющих импульсов, и источник управляющего напряжения, введены датчик амплитуды пило- З образного напряжения, регистр, П нормированных усилителей, (п) комcараторов, логический блок и И ключей, причем входы нормированных усилителей связаны с источником управ-ляющего напряжения, а выходы через соответствующие ключи со вторим входом компаратора, выходы (й) нор- . мированных усйлителей через дополни-тельныекомпаратбры"связаны со"входа- йми логического блока, а вторые входыдополнительных компараторов присоединены к"датчику амплитуды пилообразного напряжения-, вход регистра связан:-с генератором тактовых импульсов, а выходы с логическим блоком, выходы логическогб блока связаны с управля- ющими цепями соответствующих ключей и с распределителем управляющих им-." пульсов.Структурная схема предложенного устройства приведена на фиг. 1, принцип действйя поясняют временные диаграммы фиг. 2.В схеме фиг. 1 принято, что кривая выходного напряжения формируется из пяти импульсов на полупериоде с амплитудами А, А и А, . Устройство содержит источник 1 управляющего , З 5 сигнала,генератор 2 тактовых им" . пульсов, выходом подключенный ко входу генератора 3 пилообразного напряжения, один из выходов котброго подключен ко входу компаратора 4, 4 О распределитель 5 управляющих импуль-. сов, датчик 6 амплитуды пилообразного напряжейия, регистр 7, нормированные усилители 8-11, дополнительные компараторы 12-14, логический .блок 15, ключи 16-19.Генератор 2 синхронйэирует работу генератора 3 и подает тактовые импульсы на регистр 7, выходные напряжения которого циклическйменяют- Э ся и соответствуют логическим функищ Т 4, Т ф Т ф, Тф Т и далее аналогично для второй полуволны выходного напряжения (см. фиг. 2). Реверсзнака напряжения на нагрузке осуществляется распределителем уп равляющих импульсов. Усилители 8-11 имеют коэффициентыпередачи, соответствующие неравенству КККз , Кви моВыходные напряжения. вормироваййых 6( усилителей обозначены Ю , О,Оно, О,н ,и приведены на фиг, 2, б, Амплитуда напряжения Оэ соответствует амплитуде пилообразного напряжения, выделяемой элементом 6. При большом уровне выходного напряжения формируется трехуровневое выходное напряжение, как в устройстве-прототипе, при этом замкнут ключ 16 и в компараторе 4 происходит сравнение пилообразного напряжения генератора 3 с напряжением Ов те- чение всего периода выходного напря-. жения. При снижении уровня выходного напряжения на такте ТЗ амплитуда выходного напряжения инвертора может быть уменьшена с АЭ до А г У при этом меняется закон регулирования ширины импульса на такте Т, для чего замыкается ключ 17 и в компараторе сравнивается пилОобраэное напряжение с напряжением О . Граница этого режима 0О, фиксируется дополнительным компаратором 12, выходное напряжение которого обозначим логической функцией С .При дальнейшем снижении уровня выходного"найряжения выходное напряжение на тактах Т. формируется при уровне А , для этого замыкается ключ 18 и натакте Тв компараторе 4 сравниваются напряжения генератора 3 и усилителя 10. Граница этбго режима определяется дополнительным .компаратором 13, выходная логическая функция которого С З соответствует О сО.При снижении выходного напряжения до опредеЛенного уровня, характеризующегося О,4 Ои.т . выходное напряженке на такте Тз формируется с амплитудой А , для этого в такте Тз замыкается ключ 19 и в компараторе 4 сравниваются пилообразное напряжение и напряжение О, Граница режима фиксируется дойолйительным компара- тором 14 с выходной логической фуйкцией С 4 .Таким образом, при снижении уровня выходного напряжения дискретноснижается амплйтуда составляющих .это выходное напряжение импульсов,при этом коэффициенты передачи усилителей 8-11 йодобраны таким образом, что обесцечивается оптимальный .гармонический состав выходного напряжения в каждом иэ режимов. Уменьшение амплитуды импульсов выходногонапряжения приводит к уменьшениюуровней паразитных гармонических составляющих выходного напряжения, т.епозволяет снизить типовую мощностьвыходных фильтров,Логический блок 15 обеспечиваетзамыкание ключей 16-19 и выдачу на распределитель управляющих импульсов логических сигналов, соответствующих амплитуде импульса выходного напряжения в данном такте. Управление ключами происходит в соответствии соследующими логическими уравнениямиКщТ с,;:Т,С,Уровни выходного напряжения (и 10 структура силовой схемы инвертора) определяется логическими уравнениямиА 2=Т 2 С 3+Таас ауАз:Т,с.3)Описанный принцип действия может быть распространен и на инверторйс другим числом импульсов на полуперио- дв выходного напряжения, число й- +( где И - максимальное рМ(й- .)1количество уровней выходного напряже ния, Определение фазы фронтов импульсов при любых уровнях выходного напряжения происходит в компараторе 4, поэтому устройство является прин ципиально одноканальным. Оно выгодно отличается от прототипа лучшим гармо-. ническим составом выходного напряжения инвертора при глубоком регулировании и,поскольку мощность выходных фильт ров рассчитывается по интенсивности паразитных гармоник при максимальной глубине регулирОвания (наихудший случай), позволяет уменьшить массогабаритиые показатели выходных фильтров инвертора. Формула изобретенияУстройство для управления автономным инвертором"напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения, содержащее генератор тактовых импульсов, связанный через генератор пилообразного напряжения со входом компаратора, соединенного с, распределителем управляющих импульсов, и источник управляющего напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения инвертора при глубоком регулировании, оно дополнительно снабжено датчиком ам.плитуды пилообразного напряжения, ;регистром, и нормированными усилителями, (й) компараторами, логическим блоком й И ключами, причем входы нормированных усилителей связаны с источником управляющего напряже-. ния, выходы через соответствующие ключи со вторым входом компаратора, вйходы ( й -1) нормированных усилителей через дополнительные компараторы связаны, со входами логического блока, вторйе входы дополнительных компараторов присоединены к датчику амплитуды пйлообразйого напряжения, вход регистра связан с генератором тактовых импульсов, выходы с логическим блоком, а выходы логического блока связаны с управляющими цепями соответствующих ключей и с распределителем управляющих импульсов.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1Авторское свидетельство СССР М 223899, кл. Н 02 М 1/04, 1967.2. Тонкаль В,Е., Лешковский К.А. и Мельничук Л,П. Способы улучшения качества выходного напряжения автономных инверторов, Киев, Изд. АН УССР, 1972, с. 3-15.б 52680 Составитель И. ИвановскаяЗубов Техред С. Мигай Корректор Редакт прия 2 Тираж Государственногпо делам изоб 113035, Москва,илиал ППП ффПатент, г. Ужгород, ул. Проектная аказ 1074/5 8 ПодписноеЦНИИПИ о тета СССРре й и открытийЖ, Раушская наб., д. 4/5