Инвертор со ступенчатым квазисинусоидальным выходным напряжением

. СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСГВВЛИН 119) О 1) УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРиииии иэиииниии и Оиииииии ОПИС Е ИЗОБРЕТЕНИСВИДЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОРСКОМ(22) 29.04.82 , . гер, причем прямой выход задвкйцего ге.(46) 16.08.83. Вюп. М 30 , нератора соединен со счетным входом(72) В.И.Авдзейко, В.В.Авраамов, - реверсивного счетчика, выходами прямогоС.М.Гаврипенко и Ю.А.Шурыгин и обратного переноса подкпюченного соот. (71) Научно исследовательский институт ветственно к Р- н Ь -входам основногоавтоматики и эпектромвханнки при Тамсф 4 триггера, прямым н ннверсаам выходамиком институте автоматизирюванных сне.,связанного соответственно с суммирующимтем управлення н рацииоелектроннкн ф вычитающнм входами реверсивного(53) 621.314 Л 8 (088.8)счетчика, выход обратного переноса которого подкпючен к тактовому входу допоп(56) .1. Авторское свидетепьство СССР . нитепьного триггера, выходом соеднненноИи 608103, кп. Н 02,М 7/48, 1972; го с управпяющим входом допопннтвпьно 2. Пробпемы преобразоватепьной теа- го коммутатора, выход которого подкпю, ники. Сборник, Киев, 1979, ч. 2, с. 36, чен к управляющему входу демодупятора,3. Авторское свидвтепьство СССР выходы трютеров реверсивного счетчика аМ 736303, кп. Н 02 М 7/48, 1977.: подкпючевы к адресным входам программируемого запоминающего устройства,4. Авторское свидетепьство СССР выходами подкпючвнного к управпяющим% 748743, кп. Н 02 М 7/637, 1972. входам основных коммутаторов,выходамн С.связанных с управляющими входами ин(64)(67) 1. ИНВЕРТМ СО СТУГБН- верторюх ячеек модупятора, а входыЧАТЫМ КВАЗИСИНУСОИДЗЛЬНЫМ ВЫ- коммутаторов соединены с прямым и инХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ, содержащий версным выходами задакаиго генератора.модупятор, выпопненный на базе Й моо 2, Инвертор по и, 1, о т и и ч атовых инверторных ячеек с выходными . ю щ и й с я тем, что каждый коммутатрансформаторами, вторичные обмотки тор выпопнен на погнческом эпемеитекоторых соединензг последовательно, 2-2 ИИЛИ, выход которого образуетзадающий генератор, реверсивный счетчик выход коммутатора, первые входы епемени основной тратер, о т и и ч а ю щ и й-. тов 2 И образуют входы коммутатора, ас я тем, что, с целью упучшения массо- уиравпяющий вход коммутатора соединенгабаритах жаазатепзй, в него введены непосредственно со вторым входом пердемодупятор, вкпюченный на выходе ии- вого энемента 2 И и через иЬвертирующийра, программнРуемое запоминаю- апемевт - со вторым входом второгоустройство, основные и допопнитепь- эпемента 2 И. ,В1, 1035Изобретение относится к электротехнике и может быть испоцьзовано при создании вторичных источников эцектропитания с синусоидапьным выхопным напряжением для систем автоматики и эпектропривода,Известен инвертор, содержащий М инверторных ячеек с выходными трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены последовательно между собой и с 10нагрузкой. Схема управпения содержитзадакяций генератор, фаэореверсивныеусилители мощности с органом сравненияи измерительные цепи. Принцип действияэтого устройства основан на сравнении 15Опорного сигнапа каждой поспедующейячейки с напряжением, пропорциональнымсумме выходного напряжения предыдущихячеек. Путем выбора коэффипиентов траноформации по двоичному закону при трех 0ячейках формируется выходное напряжение с четырьмя уровнями 1 .Недостатком данного инвертора явпяются ппохие массогабаритные показатепи(МГП), которые во многом определяются 25массой и габаритами трансформаторов,работающих с частотой выходного напряжения. Кроме того, при изменении напряжения питания и тока нагрузки форма выходного напряжения изменяется. Это про- З 0исходит иэ-за того, что выходное напряжение инверторов зависит от этих дестабипизирующих факторов, а уровень опорных. напряжений, с которыми сравниваютсянапряжения на выходах инверторов, оста=35ется постоянным. В режиме хопостогохода и цри максимапьном напряжении питания форма наиболее прибпижена к синусоидальной, а при номинальной нагрузке и минимальном уровне питающего на 40пряжения число ступеней в выходном напражении уменьшается., Искажение формытребует увелйчения мощности выходныхфильтров, что, в свою очередь, ухудшаетМГП преобраэоватепя,Известен инвертор, содержащий Йинверторных ячеек с выходными трансформаторами, вторичные обмотки которыхсоединены последовательно и подкпюченык силовому входу демодулятора. Схемауправления обеспечивает требуемый алго ритм работы кпючей инверторов и демодулятора, При двоичном законе изменения напряжений на вторичных обмоткахдля М= 3 формируются четыре ступенив кривой выходного напряжения2. 55 Недостатком этого инвертора ивнякися цтюхие МГП. При трех ячейках коэф 788 2фициент гармоник Кг=11%, а снижение величины К- и обеспечение гладкой формы кривой требует увеличения массы и габаритов выходных фильтров, особенно ухудшающих МГП преобраэоватепя на низких выходных частотах.Известен также инвертор, содержащий высокочастотный модулятор, выполненный на Й мостовых инверторных ячейках с выходными трансформаторами, вторич - ные обмотки которых соединены поспедовательно и включены к сиповому входу демодулятора. Схема управления содержит задающий генератор, программируемый уэеп и усипители мощности, управпяющие . работой кшочей модупятора и демодупятора3.Недостаток этого устройства также закшочается в плохих МГП при формировании синусоида пьной формы кривой выходного напряжения. При испопьзовании четырех ячеек ( 8 4) выходное напряжение имеет две ступени (К17%).г Снижение вепичины К, и обеспечение гладкой формы достигается только за счет ухудшения МГП и усложнения схемы преобразоватеця.Наибопее бпиэким по технической сущности к предпагаемому ареобразоватепю явпяется инвертор со ступенчатой, близкой к синусоидальной,формой выходного напряжения. Силовая часть преобраэоютепя содержит Й однофазных инверторных ячеек с выходными трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены посцедоватепьно и подключены к нагрузке. Схема управпения состоит из задающего генератора, бпока реверса попярности питающего напряжения, нупь органа, реверсивного счетчика, триггерафазосмещатепя. При троичном законе изменения выходных напряжений ячеек за счет предпагаемых апгоритмов работыключей инвертора, форма выходного напряжения близка к синусоидапьной. Например, при трех инверторах ( й =3) выходное напряжение имеет 13 ступеней и нупевую паузу. Коэффициент искажениясинусоидальности для такой формы напряжения равен 3%4.Недостаток известного преобразователя заключается в плохих массогабаритных показателях особенно при низких выходных частотах. Это связано с тем, что инверторные ячейки переключатся с частотой, бпиэкой к выходной. Например, ячейка имеющая максимапьную мощность, работает с частотой, всего в 1,5 раза превышающей выходную, поэтому масса3 1035 и габариты трансформаторов, как и устройства в цепом, будут очень бопьшими.Цепью изобретения явпяется упучшение массогабаритных показателей.Поставленная цепь достигается тем, 5 что в инвертор со ступенчатой кваэисинусоидапьной формой выходного напряжения, содержащий модупятор, выполненный на базе Й мостовых инверторных ячеек с выходными трансформаторами, вторичные 10 обмотки которых соединены поспедоватепь. но, задающий генератор, реверсивный счетчик и основной тратер, введены демодулятор, включенный на выходе инвертора, программируемое запоминающее 15 устройство, основные и допопнительный коммутаторы. идопнпкитеньный триггер, причем щамой выход задающего генератора соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходами прямо го и обратного переноса подкпюченногосоответственно к Я и -входам основного триггера, прямым и инверсным выходами сВяэанного снОтветственнн с сум ыируюшим и Вычитающим Входами ревеэ 25 сивнОГН счетчика 1 Выход обратного пе-ф реноса, которого подключен к тактовому входу дополнительного триггера, выходом соединенного с управляющим входом днйоннитепьного коммутатора, выход которого подключен к управпяющему входу демодупятора, выходы триггеров реверсивного счетчика подключены к адресеам входам программируемого запоминающего устройства, выходами подкпюченного к управпяющим входам основных коммутаторов, выходами связанных с управляющими входами инверторных ячеек модулятора, а входы коммутаторов соединены с прямым и инверсным выходами задающего генератора.При этом каждый коммутатор может быть выполнен на логическом эпементе 2-2 ИИЛИ, выход которого образует выход коммутатора, первые входы элементов 2 И образуют Входы коммутатора, а управляющий вход коммутатора соединен непосредственно со вторым входом первого эпемента 2 И и через инвертирующий эпемент - со вторыы входом второго элемента 2 И.На фиг. 1 показана блок-схема инвертора; на фиг. 2 - пример выпопнения коммутатора; на фнг. 3 - временные диаграммы найряжений на эпементах сиповой5 части иивертора. Инвертор (фиг. 1) содержит модупятор1, выпопненный на базе трех инвертор 758 4ных ячеек 2-4, собранный по мостовой нхеме на транзисторах 5-8 с выходными трансформаторами 9-11, вторичные обмотки 12 - 14 которых соединены по,следоватепьно и включены на вход демоду пятора 15. Демодулятор 15 собран на кпючах 16-19 переменного тока с двухсторонней проводимостью по мостовой схеме, одна днагонапь которой служит входом, а другая - выходом демодупятора. Каждый. Нэ усипитепей мощности 20- 25 подкпючен к управляющим входам транвисторов одного попумоста ячеек 2-4, а усипитепь мощности 26 соединен входом с управпяющими входами кпючей 16-1 9 демодулятора. Задающий генератор 27 прямым выходом соединен со счетным входом реверсивного счетчика 28, выходами триггеров которого он подкпючен к адресным входам программируемого эапоыинающего устройства (ПЗУ) 29, Выходы ПЗУ 29 соединены с управ ляющими входами основных коммутаторов 30-35, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего уси-. питепя мощности 20-25, а допопнитепь ный коммутатор 36 выходом соедивэн с входом усипитепя мощности 26, перекпючающего кпючи демодулятора 15, Реверсивный счетчик 28 выходами прямого и обратного переноса подкпюченк И и Я- входам основного триггера 37, выходы которого подключены к суммирующему и вычитающему входам счетчика 28. Кроме того, выход обратного переноса счетчика 28 соединен с тактовым входом допопнитепьннгн триггера 38, Выходом подклкс. ченного к управляющему входу допопнитепьного коммутатора 37. Входы коммутаторов 30-36 соединены спрямым и инверсным выходом задающего генератора 27.Каждый коммутатор 30-36 (фиг.2) выднпнен на элементе 2.-2 ИИЛИ, выход которого образует выход коммутатора, первые входы элементов 39 2 И образуют входуа коммутатора, подкпюченные к выходам задающего генератора 27. Управпяющий вход ячейки пндкпючен ко второму входу первого элеыента 39 и через инвертор 40 - ко второму входу второго элемента 39.На фиг. 3 приведены временныб диаграммы тактового напряжения 41; напряжения 42-44 на выходных обмотках 12-14 ячеек 2-4; напряжение 45 на входе демнаупятора и выходное напря- жеюе 46 инвертора.3 1035788 бСущность работы устройства основана мощности 26, то в отличие от транзисто на изменении полярности выходных на- ров ячеек 2-4 в любой момент времени пряжений 42-44 ячеек в различные мо-открыта ключи 16 и 19 ипи 17 .и 18. менты времени Формирование большого При этом на выходе демодулятора 15 числа уровней выходного напряжения пре формируется стутвнчато иэменякяцееся выобраэователя достигается эа счет изме-ходное напряжение 46. Приближение фон нения выходных напряжений 42-44 ячеек мы выходного нацряжения к синусоидапь. по троичному закону, при котором амппи- ной обеспечивается за счет высокой проф туда первого,напряжения 42 равна 3 1; межуточной частоты работы ячеек 2-4 и второго 43-3 3; третьего 44-3 9 10 большого чиспа ступеней. При перепопи т.д. Производят коммутации напряжений ванин реверсивного счетчика на выходе в различные моменты времени, можно прямого переноса появляется сигнал, кополучить при использовании двух инверто- торый опрокидывает основной триггер 37 ров четыре ступени, при трех тринад- в состояние уф и заставляет работать цать и т.д. При выборе частоты работы 1 счетчик 28 в режиме обратного счета. ячеек в 80 и более раз выше выходной При атом на выходе демодулятора формиобеспечивается величина коэффициента руется ступенчато убывающее напряжение гармоник (г "= 3,9%. 46, симметричное показанному на фиг.3.Работа инвертора осуществляется спе. 20 дующим образом.Сигнал с прямого выхода задающего генератора 27 поступает на счетный вход реверсивного счетчика 28. Допустим, что основной триггер 37 находится в соотоянии ф 1 " и обеспечивает заполнение, счетчика в прямом направлении, Прн атом параллельный нарастающий код с выходом триггеров счетчика 28 поступает на ад ресные входы программируемого запоминающего устройства 29, выполненного, например, на схеме 155 РЕЗ, На первые входы элементов 2 И(39) коммутаторов 30-35 поступают сигналы от прямого либо инверсного выходов задающего генератора 27, а на вторые входы подаются противофазные сигналы с ПЗУ 29, На выходе элемента 39, а следовательно, на выходе ячейки основного коммутатора формируются последовательности импуль сов, повторяющие сигналы задающего генератора, снимаемые с прямого либо инверсного выхода его. Каждый выход основных коммутаторов 30-35 подключен ксвоему усилитепю мощности, выпопненному по инверторной схеме с нулевой точкой, формирующему последовательностиимпульсов таким образом, что на выходной обмотке каждого инвертора могут формироваться напряжения -1; 0; +1, На фиг. 3 показано тактовое напряжение 41, позволяющее судить о цопярности вы- ходного напряжения 42-44 каждой ячей ки 2-4. Сигналы с выхода дополнительного коммутатора 36, который выцопнен, по одинаковой схеме с основным, спедуют 55 также с частотой задающего генератора, Так как демодулятор переключается под действием сигналов одного усилителя При обнулении счетчика 28 на выходе обратного переноса появляется импульс, опрокидывающий основной триггер 37 в состояние 1", воздействующее на входы прямого и обратного счета. Процесс работы счетчика 28 при этом происходит аналогично рассмотренному. Одновремен но при обнулении счетчика 28 импульс с выхода обратного переноса последнего поступает на тактовый вход допопнитепь ного триггера 38 и изменяет его состояние. Сигнал с выхода дополнительного триггера 38 поступает на управляющий вход дополнительного коммутатора 36 и осуществляет реверс фазы работы ключей демодулятора 15 на 180 ал.град. На выходе инвертора формируется отрицатель ная попуволна выходного напряжения 46. Таким образом, в предлагаемом устройстве при Выполнении силОВОЙ части содержащей модулятор и демодулятор, осуществляется преобразование постоянного напряжения в переменное с высокой частотой. Построение системы управпеиия, содержащей реверснввый счетчик, программируемое запоминающееустройство, коммутаторы, основной и депопиительный триггер, выполненной на цифровых элементах, позволяет осуществлять коммутацию всех транзисторов инвертор ных ячеек, т.е. обеспечивать три состояния (+1 ф; "Оф; -"1 ) каждой ячейки относительно тактового сигнала. Изменение коэффициентов трансформации выходных трансформаторов осуществляется по троичиому закону. Поэтому в выходном напряжении преобразоватепя формируется б.пыл числ .уп.юй Е (р И3 "13) Выборчастоты работы ииверто7 1035758 8,ров в 80 и более раэ большей выходной основном только массой полупроводникочастоты преобразователя обеспечивает вых элементов и обеспечивается замена большую ступень приближения к синусо-сердечников иэ электротехнической стали иде. Например, при вы,ходной частоте на ферритовые при одновременном умень 50 Гц частота работы инверторов шенин объема меди, используемой на издолжна быть большей 4000 Ж,.при этом готовление обмоток. Это помимо уменьдля 1 13 К,3,9%. При дальней.- шения .габаритов преобразователя . снижашем повышении частоты масса силовой ет. материалоемкость трансформаторов и части преобразователя определяется в .,стоимость их.1 едактор М. Петрова Тираж 687 ПодпиГосударственного комитета СССР по делам изобретений и еткрытий 35, Москва, Ж-.35, Раушскав наб.,Заказ 5851/57ВНИИПИ