Способ формирования квазисинусоидального ступенчатого напряжения и устройство для его осуществления

) Заявите 54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КВАЗИСИНУСО.ИДАЛЬНОГО СТУПЕНЧАТОГ НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к электро технике и предназначено для использования в преобразовательных устройствах, например в инверторах с кваэисинусоидальным выходным напряжейием.Известен способ формирования квазисинусоидального выходного напряжения в преобразовательных устройствах основанный на суммировании выходных напряжений нескольких автономных инверторов, сдвинутых по фазе 1. К недостаткам известного способотносится то, что для формированиявыходного напряжения с заданнымкоэффициентом гармоник требуетсябольшое число инверторных ячеек, иколичеству равное числу ступенекв четверти периода синтезируемойсинусоиды, что увеличивает массогабаритные показатели устройств реализации. Наиболее близок к предлагаемомупо технической сущности способ, заключающийся в том, что кваэисинусоидальное напряжение формируется изалгебраической суммы выходных напряжений однофазных инверторныхячеек, причем частота, форма и амплитуда выходных напряжений определяется соответствующими для каждогоинвертора .Функциями аппроксимирую Ощего ряда Уолша. Управление силовыми ключами каидого иэ автономныхинверторов осуществляется от генератора управляющих импульсов. Количество К ступенек в четверти период 15синтеэируемой синусоиды определяет"ся выражением К=2" " ( где 1 - количество инверторов), что приводит кзначительному уменьыению числа инверторов по сравнению со способом1, а значит, и к сокращению массогабаритных показателей 2.Однако близкие к основной высшиегармоники в синтезируемой синусоиде3 10013имеют повышенную амплитуду, что затрудняет их последующую фильтрациюпри необходимости получить болеекачественную синусоиду, че синтезируемая. Кроме того, наличие треть.ей и пятой гармоник приводит к необходимости использовать Фильтр с .низкой частотой среза, имеющий боль-,шую массу и габариты.Цель изобретения - повышение качества выходного напряжейия путемуменьшения амплитуды высших гармоник,близких к основной.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу формирования ква.5зисинусоидального ступенчатого напряжения, при котором суммируют Н пряМоугольных напряжений, Форма, частота и исходная амплитуда которыхсоответствует Функциям, аппроксимирующйм ряд Уолша, амплитуду каждогопрямоугольного напряжения, начинаяс третьего, модулируют в функциивыпрямленной суммы всех предыдущихнапряжений,25Для реализации предлагаемого спо"соба в инверторе, содержащем несколько ячеек, количество которых равночислу исоользуемых функций аппроксимирующсго ряда Уолша, причем вторичные обмотки выходных трансформатороввсех ячеек соединены между собойпоследовательно и подключены к выходным выводам инвертора, а цепиуправления ячеек соединены с генератором управляющих импульсов, выходнойтрансформатор каждой ячейки, кромепоследней, снабжен дополнительнойобмоткой, цепи питания первой и второй ячеек соединены с входными выводами инвертора,а цепь питания каждойиз остальных ячеек соединена черезвыпрямитель с последовательно соединенными дополнительными обмоткамивсех предыдущих по отношению к даннойячеек.45На Фиг.1 представлен пример Формирования квазисинусоидального выходного напряжения инвертора из выходных напряжений трех ячеек ( Фиг. 10,б и г), соответствующих первой,седьмой и одиннадцатой диадно- нормированным функциям Уолша.Складывая с обратным знаком напряжение по Фиг,1( с напряжением нвфиг, 1 О ,. и выпрямляя суммарное напряжение, получают напряжение по Фиг.6,которое и осуществляет модуляциюнапряжения по фиг,1, Немодулирован 96 4ное напряжение представлялось быимпульсами рдинлковой амплитудыкакв прототипе).На фиг,2 представлен пример формирования квазисинусоидального выходного напряжения из выходных напряжений четырех ячеекФиг,2 а, б, ви д), соответствующих первой, седьмой, одиннадцатой и тридцать пятойдиадно-нормированным Функциям Уолша.Складывая с обратным знаком напряжения по фиг. б ,и в с напряжениемпо фиг.1,а и выпрямляя суммарное напряжение, получают напряжение видафиг.1 г, которое осуществляет модуляцию напряжения по Фиг. 1 д. Модуляция напряжения по фиг. 1 в осуществляется по рассмотренной схеме,На фиг.3 представлена схема инвертора, реализующего предлагаемыйспособ.Инвертор состоит из четырех ячеек 1-ч, каждая из которых содержитдва силовых транзистора 5, два диода6 для пропуска обратного тока нагруз.ки; трансформатора 7 с первичнойобмоткой 8 и обмотками вторичной9 и . дополнительной 10. Питаниеячеек 3 иосуществляется черезвыпрямители 11 и 12, ко входу которыхподключены последовательно соединенные оомотки 10 предыдущих ячеек,Обмотки 9 соединены последовательномежду собой и нагрузкой 13.Устройство работает следующим образом,На управляющие входы транзисторов 5 ячеек 1-1 подаются,соответственно .напряжения по Фиг.2 с,д, 8 ид, но с постоянной амплитудой,Выходное напряиение ячеек 1 и 2через обмотки 10 складывается, выпрямляется мостом 11 и поступаетв цепь питания ячейки 3 ( фиг. 8),осуществлял амплитудную модуляциювыходного напряжения этой ячейки.Модулированное напряжение с ячейки3 фиг.1 г поступает на нагрузку13 и через обмотку 10, складываясьс выходными напряжениями ячеек 1 и2,выпрямляется мостом 12 ( Фиг.2 г) иосуществляет питание ячейки ч. Модулированное ( Фиг,2 д ) напряжение.ячейки складывается с выходныминапряжениями предыдущихячеек и поступает на нагрузку, формируя напряжение по фиг,2 е. Таким образом, осуществляется рекуррентный принципмодуляции, когда вид модуляционной96 5 10013 функции для последующей ячейки опре-, деляется формой выходных напряжений предыдущих ячеек. Если производить суммирование напряжений ячеек без предварительного модулирования, как это делается в прототипе, то амплитуда ступенек по высоте синтезируемой синусойды будет равной, что приведет к трапецеидальной форме кривой выходного напряжения. Чтобы сигяал 10 приблизйуь к синусоидальному, необходимо испольэовать большее количество аппроксимирующих Функций.Модуляция. выходных напряжений яцеек, начиная с третьей, обеспечивает 15 понижение амплитуды ступенек в .районе углов 7 Г/2 и 3 7 С/2, т.е. в боль. шей степени приближает выходной сигнал к синусоидальному (Фиг.2 г и д/,На участках синусоиды с большой кру тизной приходится максимум питающего напряжения яцейки 1, а на участках в окрестности углов В/2 и 3 и/2 минимум питающего напряжения.Как показывает расчет, коэффициент 25гармоник выходного напряжения инвертора .с тремя ячейками ( Фиг.1 а ) по предлагаемому способу составляет 9, третья гармоника - 0,2, а пятая, а в прототипе коэФфициент 50гармоник составляет 11 г, третья гармоника - 2,7 Ф, а пятая - 2 Ф..Таким образом, предлагаемый спо- соб и устройство для его осуществле.ния позволяют при формировании ква 35 эисинусоидального напряжения при снижении общего коэффициента гармоник резко снизить амплитуды высшихгармоник, близких к основной. Благодаря этому существенно уменьшаются40массогабаритные показатели выходныхфильтров, повышается КПД приборов 1 потребителей , или повышается точность их работы. 6 Формула изобретения1. Способ формирования квазиси нусоидального ступенчатого напряжения, при котором суммируют М прямоугольных напряжений, форма, частота и исходная амплитуда которых соответствует Функциям, аппроксимирующим ряд Уолша, о т л и ц а ю щ и йс я тем, цто, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения амплитуды высоких гармоник, близких к основной, амплитуду каждого прямоугольного напряжения, начиная с треть. его, модулируют в Функции выпрямленной суммы всех предыдущих напряжений,2, Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее несколько ячеек, количество которых равно числу используемых функций аппроксимирующего ряда Уолша, причем вторичные обмотки выходных трансформаторов ячеек соединены между собой последовательно, и подключены к выходным выводам инвер. тора, а цепи управления ячеек соединены с генератором управляющих им пульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что выходной трансформаторкаждой из ячеек,кроме последней, снабжен дополнительной обмоткой, цепи питания первой и второй ячеек соединены с входными выводами инвертора, а цепь питания каждой из остальных ячеек соединена через выпрямитель с последовательно соединенными дополнительными обмотками всех предыдущих по отношению к данной ячеек. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Патент ФРГ Ю 1285051,кл, н 02 м 7/587, 1968. 2, Авторское свидетельство СССР И 67 й 166, кл, Н 02 М 1/08, 1976.1001396 и 8. 3 оставитель В.МоинРеДактор Л.Пцелинская Техред Т,фанта Корректор А.Дэят 113 илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная Фие Заказ 1440/71 ВНИИПИ Госуда по дела 035, МосквТираж 685Подписн ственного комитета СССР изобретений и открытий Ж, Раушская наб., д, 4/5