Способ формирования квазисинусоидального напряжения

О П И (, А Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ Союз Соаетскик Социалистических Реепублик(5) М,42568/24 Н 02 М 7/48 исоедииенйем заявки йо Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытнй(088.8) ллетень Щ публиковано 150280. Бата опубликования описа ния 150280 2) Авторыизобретен и ниболотский, А.И,Солодовник и А,В.Буденный Ю. 54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОРНАПРЯЖЕНИЯ йокаэатели преобразователя, Во втором случае при аппаратурной реализации способа наличие защитных дио дов вызывает сужение диапазонавозможных нагрузок устройства, сводяего по существу к нагрузкам чистоактивного вида.Известен также способ Формирования квазисинусоидального выходного 10 напряжения, заключающийся в демодуляции амплитудно-модулированногонапряжения, полученного путем переключения вторичных обмоток выходноготрансформатора преобразователя (3)15 Для Формирования и ступенчатогокваэисинусоидальногонапряженияс оптимальными параметрами (приэтом в отпайках содержится различное число витков), необходимо п 20 отпаек и 2 п+4 или 2 ключей (в зависимости от схемы прбмежуточного высокочастотного инвертора) . При этомсоотношение частоты выходного напряжения Е и промежуточной рабочей 25 частоты инвертора Винвравно1Зых 2 инвПри применении этого способа для 30 построения схем преобразования с Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователь ной технике и может быть использовано в системах электропитания и Ь электро- приводе для получения переменного напряжения квазисинусоидальной Формы.Известны способы получения квазисинусоидального напряжения с промежуточным повышением частоты, заключающиеся в демодуляции результирующего высокочастотного напряжения, получаемого путем алгебраического суммирования выходных высокочастотных напряжений двух резонансных инверторов, работающих на незначительно отличающихся частотах, или путем переключе- .ния первичных обмоток выходного трансформатора инвертора (11 и 2).В первом случае выходное напряжение обладает высоким коэффициентом гармоник, что приводит к увеличению массогабаритных показателей эа счет дополнительных сглаживающих или резонансных Фильтров. Кроме того, при аппаратурной реализации указанного способа, наличие в инверторах резонансных контуров, рассчитанных на половину мощности в нагрузке, также ухуднает массо-габаритные/Киевский ордена Ленина политехнический институт имени(7 ) Заявитель.50-летия Великой Октябрьской социалистической революцинизкой и инфранизкой частотой необходимо увеличивать соотношениянесущей и выходной частоты, чтобыобеспечить приемлемую рабочую частоту выходного трансформатора инвертора, а следовательно, и значительноувеличивать число отпаек и числовторчиных коммутатбров, что усложняет схемную реализацию преобразователя. Поэтому для схемной реализации преобразователя низкой и инфранизкой частоты по такому способуприменяют для Формирования каждогоуровня, модулированного напряжениядве отпайки с равным числом виткови соответствующими коммутаторами,повышая кратность соотношения частот и получая возможность скольугодно долго работать на каком-либоуровне выходной частоты, В результате ухудшаются массо-габаритныепоказатели преобразователя.20Кроме того, в выходном низкочастотном напряжении преобразователяимеются провалы напряжения до нуляпри переходе от одного уровня напряжения к другому, что ухудшает 25,коэффициент гармоник.Целью изобретения является упрощение реализации преобразователя содновременным улучшением качестваквазисинусоидального напряжения.Это достигается тем, что по предложенному способу, состоящему вамплитудно-импульсной модуляции 2-города высокочастотного напряженияпо заданному квазисинусоидальному 35закону и последующей демодуляциирезультирующего промодулированногонапряжения, формируют напряжениепрямоугольнойФормы типа меандрчастотой, в 2 раз превышает часИтоту квазисинусоидального напряжения, расщепляют его на и разностных прямоугольной Формы напряженийс отношением частот предыдущегои последующего напряжений равнымдвум, которые затем между собой 45перемножают и получают систему напряжений из 2" (п=2,3,4) модулированных сигналов. Причем в даннуюсистему напряжений входят толькоте сигналы, у которых число переходов на периоде низкочастотногоквазисинусоидального напряженияот одного уровня напряжения к другому, деленное на два, равно нечетному числу (1,3,7,9), каждым из 55полученных 2"модулирующих сигналов осуществляют амплитудно-импульсную модуляцию 2-го рода одного иэ2 Ичисла сформированных высокочастотных напряжений, причем амплитудукаждого высокочастотного напряжения 0задают как аглебраическую сумму средних эа полупериод значений синусоидальной частотой кваэисинусоидального йапряжения функции, определенных на интервалах в которых соответ-. 65 ствующий модулирующий сигнал изсистемы 2" - сигналов имеет постояное значение, и взятых со знаком,соответствующим знаку этого модулирующего сигнала на данном интервале.Упомянутое результирующее промодулированноЕ напряжение получают путемалгебраического суммирования промодулированных укаэанным образом 2 "высокочастотных напряжений так, чтопосле демодуляции квазисинусоидальное многоступенчатой формы напряжение имеет 4 "различных уровнейнапряжения.На фиг,1 представлена структурнаясхема преобразователя для осуществления предложенного способа формирования кваэисинусоидального напряженияс использованием ряда Уолша; на фиг.2 эпюры выходных напряжений преобразователя.Генератор 1 генерирует прямоугольное напряжение частотой, в 2 и разпревышающей частоту низкочастотноговыходного кваэисинусоидального напряжения, в данном случае п=4. Напряжение, снимаемое с блока 1, поступает на вход й -разрядного двоичного счетчика 2, снимается и (в данном случае 4)прямоугольных разночастотных напряжений с отношением частот последующего и предыдущегонапряжения равным двум, которые подаются на вход блока перемножения 3.В блоке 3 осущеСтвляется формированиефункций, входящих в аппроксимирующийряд Уолша. Поскольку в данном рядесодержится только 2дфункций, укоторых число переходов от одногоуровня напряжения к другому,деленное на два, называемого частотойследования функций Уолша, равнойечетному числу, для случая п=4содержится 4 функции Уолща с частотами следования сбответственно равными 1,3,5,7. При этом аппроксимирующий ряд Уолша для этого, случаяравен:и . егхю= е,ачае(1,О=ми 2 сц,:о ьзюиае(ч 1- 1=о-25,62%08(11- а,5 Фаб НОДиайИЪе,гдеаЮ зла Е (1,1)аУчитывая, что составляющая Ха 1(5,1) из этого аппроксимирующего ряда Уолша меньше основной гармоники Иа 1 (1,1) больше чем на.порядок, ею можно пренебречь без существенного изменения ошибки аппроксимации.На фиг.2 приведены эпюры выходныхнапряжений, снимаемых с блока 3 Б - Б , соответствующих функциям Уолша с частотами следования 1,3,7, формирование Функций аппроксимирующего ряда Уолша в блоке 3Выходы блока весовых коэффициентов б подключены ко входам суммаа 7, в котором осуществляется ебраическое суммирование высокототных напряжений, модулированйых по фазе в соответствии с изменением знака функций Уолша. Роль блока силовых ключей 5, весовых коэффициентов б и сумматора 7 могут выполнят силовые высокочастотные инверторы с трансформаторными выходами. Последовательным соединением вторичных обмоток трансформаторов осуществляю алгебраическое суммирование, а эа счет различных коэффициентов трансф тор алг час 0 осуществляется по следующему правилу. Напряжения, снимаемые с выходов п разрядов двоичного счетчикаперемножают между собой, причем дляформирования Функции Уолша с 1 номером выбирают напряжения, снимаемые 5с соответствующих разрядов двоичного счетчика для которых в п-разрядном двоичном разложении номера1 присутствует единица. Для рассматриваемого примера в формированиифункции Иа 1 (1,Ь) = Яа 1 (1000, Ь)участвует только напряжение, снимаемое с четвеотого разряда. двоичногосчетчика Ха 1(1,1) =Иа 1 (1000,)= п 4 цз 02 , и наконец, в формироваиии функции Иа 1 (11,) = Иа 1.(1101,) 20. участвуют напряжения, снимаемыес первого, третьего и четвертогоразрядов двоичного счетчика Иа 1(11,Ь)Юа 1 (1101, Т) = Ь 1) О 1Йапряжения, снимаемые с выхода блока253 подаются на блок управления 4,Блок управления 4 Формирует высокочастотные управляющие напряжения,изменяющие фазу на 180 в соответствии с моментами изменения знака 30Функции аппроксимирующего рядаУолша, которые поступают на блоксиловых ключей 5. Усиленный по мощности сигнал с блока силовых ключей5 подается на блок весовых коэффициентов Ь, задающий амплитуды напряжений, пропорциональные соответствующим весовым коэффициентам Функцийаппроксимирующего ряда Уолша. Поскольку функции Уолша принимаюттолько два фиксирован ых значенияплюс и минус единицу, определениевесовых коэффициентов аппроксимирующего ряда сводится к. вычислениюсредних значений низкочастотной,синусоидальной, апйроксимируемой 45Функции на интервалах постоянстваданных функций Уорда и затем - ксуммированию этих значений с учетомзнаков аппроксимирующих функцийУолша на данных интервалах. 50ср шиб где А - среднеквадратичеаппроксимации;Г- аппроксимируемаяК - Сопятв этом случае достигаетсякоэффициента гармоник. Кряд Уолша является быстроНапример, для и=5 выраженаппроксимирующего ряда Уоследующий вид к Функц и минимумроме того,сходящимся,е дляша имеет о 63,55 зцаЕ (4,Ы-г 5,Ь2 ГДччаС ОЪ,Ю,Вчера С Ю = Ми 2 й Е 1 = 5 Щс)- .( д д рЕ (г 5,)+0,58 а (-"ФГВ результате суммирования напряжений формируется восьмиступенчатоеквазисинусоидальное напряжение, однако восьмиступенчатое напряжениеполучается уже при суммировании первых пяти Функций данного аппроксирующего ряда . С увеличением числа ступеней в квазисинусоидальном выходномнапряжении число составляющих аппроксимирующего ряда Уолша, необходи.мхдля Формирования данного напрн:кения,растет незначительно,мации производится выбор необходимых амплитуд выходных напряжений.На фиг.2 показаны эпюры напряжеНий Пь - П высокочастотных инвертоторов и форма суммарного напряжения П 7 , Выделение квазисинусоидального напряженияП 8 осуществляется с помощью демодулятора 8, подключенного к выходу сумматора 7.Выбор в качестве базисной системы функций Уолша обусловлен тем, что система состоит из йабора прямоугольных импульсов различной длительности и постоянной амплитуды колебаний, которая удовлетворяет всем требованиям теории о наилучшей аппроксимации в смысле среднеквадратического. Если функция разлагается в ортогональный ряд, весовые коэфФициенты которого определяются с помощью выраженияЬ, о;= ГИИЧ.(ОН,где й (1) - аппроксимируемая функция уЧ(М - функция из базисной ортогональной системы, (а,Ь) отрезок определения функции Г, на котором аппроксимация рядом правомерна, каждая частная сумма разложения является наилучшей аппроксимацией в смысле среднеквадратического, и этот благоприятный случай единственный. Поскольку между коэффициентом гармоник и среднеквадратической ошибкой аппроксимации существует взаимно однозначное соотвествие, а именноПредложенный способ Формированияквазисинусоидального низкочастотного - "сигйала не накладывает никакйх ограничений на соотношение выходного напряженияи промежуточной, рабочейчастоты. 5В зависимости от выбора схемы высоксйастотйых инверторов (со средйейФЬчкой, полумостовая, мостовая) исхемы демодулятора определяется число силовых клкйей, необходимых для цформирования квазисинусоидальногонапряжения по предложенйому способу.Формула изобретенияСпособ формирования квазисинусоидального напряжения путем амплитудноимпульсной модуляции 2-го рода высокочастотного напряжения по заданномукваэисинусоидальному закону и после-.дующей демодуляции результирующего 20промодулированного напряжения, о тличающийся тем,что,сцелью упрощения реаяиэацйи иулучшения качествакваэисинусоидальногойацряжейия, для осуществления указан- .5ной модуляции Формируют напряженияпрямоугольной Формы типа меандрчастотой, в 2 и раэ пРевышающей частоту кваэисииусоидального напряжения,расщепляют его. на и разночастотныхпремоугольной:Формы напряжений сотношением частот предыдущего и последующего напряжений равным двум,которые затем между собой перемно-"жают и получают. систему иэ 2 "(и= 2,3,4,5) модулирующих сигналов,выбирают тольхо те сигналы, у которых число переходов на периоде квази-.синусоидального напряжения от одногоуровня к другому, деленное на"два",.равно нечетному числу (1,3,5,7,.), 4 Окаждым из полученных 2 "модулирующих сигналов осуществляют амплитуд. но-импульсную модуляцию 2-"го рода,одного из 2 "числа сформированныхвысокочастотных напряжений, причемамплитуду каждого высокочастотногонапряжения задают как алгебраическуюсумму средних значений за полупериодзначений синусоидальной частотойквазисинусоидального напряжения функции, определенных на интервалах,в которых соответствующий модулирующий сигнал из системы 2 "сигналовимеет постоянное значение, и взятыхсо знаком, соответствующим знакуэтого модулирующего сигнала на данном интервале, а упомянутое результирующее промодулированное напряжениеполучают путем алгебраического суммирования промодулированных указаннымобразом 2 "высокочастотных напряжений так, что после демодуляции квазисииусоидальное многоступенчатой форьанапряжение на четверти периода имеет4" " различных уровнейнапряжения.истбчники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Метод биений и построение наего основе ти 1 исторных преобразователей частоты с регулируемыми параметрами синусоидального напряжения .В.Е,Тонкаль, Л.П.Мельничук, А.В.Новосельцев, Ю.Н.Дыхненко в кн, Современные задачи преобразовательнойтехннйкифф К., ИЭД АН УССР, 1975,ч.4, с.187-197.2. Однофазные вторичные источникипитания со звеном повьзаенной частотыМельничук В;П., Кравченко в кн.ффПреобраэование параметров электрической энергииф, К., фНаукова думкаф, с, 220-223.3 Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в переменное ступенчато-синусоидальное.В.П.Миловзоров, Е.К.Мусолин, А.С.Морозов в кн, фСовременные задачи преобразовательной техникиф, К., ИЭДАН УССР, 1975, ч,4, с.154.716123 Составитель Т,Иыцыкактор И,Алиева Техредл.Алферова тор Н.стец аказ одпнсно илиал ППП фПатент, г, Ужгарод, ул, Проектная, 4 39/46 Ти цНИИПИ Государ по делам иэ 113035, Яосква, Жраж 7 ВЗтвенногооретеннй35, Раушс комитета СССРи открытийкая наб д, 41