Спосіб регулювання спектрального складу квазисинусоїдальної напруги з широтно-імпульсною модуляцією та пристрій для його здійснення

1. Спосіб регулювання спектрального складу квазисинусоїдальної напруги з широтно-імпульсною модуляцією, при якому на півхвилі вихідної напруги формують одно або двополярні, симетричні відносно середини імпульси, який відрізняється тим, що спектральний склад квазисинусоїдальної напруги регулюють відповідно наперед знайденим кутам перемикань і записаним в пам'ять, які знаходять з рішень задач оптимізації заданого енергетичного критерію інвертора при заданих параметрах навантаження, обмеженнями яких, на кожному кроці регулювання величини першої гармоніки, є задане значення першої гармоніки. 2. Пристрій для регулювання спектрального складу квазисинусоїдальної напруги з широтно-імпульсною модуляцією, що включає перший програмований запам'ятовуючий пристрій, який відрізняється тим, що в нього введені другий і третій програмовані запам'ятовуючі пристрої, перший і другий лічильники, реверсивний лічильник, керований напругою задаючий генератор, перетворювач частота-код, формувач заднього фронту, лінія затримки, блок управління, елемент І-НІ, перший і другий елементи АБО, перша, друга, ..., і m+1-ша схема порівняння, перший, другий, ..., m+2-ий елемент АБО-НІ, перший, др угий, ..., 2m+2-ий елемент І, причому, вхід першого елемента І-НІ є входом вмикання-вимикання пристрою та з'єднаний в першими входами третього, четвертого, ..., 2m+2-го елементів І, а вихід першого елемента АБО-НІ підключений до входів установки в нуль першого лічильника і реверсивного лічильника і до першого входу першого елемента АБО, др угий вхід якого з'єднаний з виходом лінії затримки і з першими входами першого і другого елементів І, вихід першого елемента АБО підключений до входів установки в нуль другого лічильника, виходи першого і A (54) СПОСІБ РЕГУЛЮВАННЯ СП ЕКТРАЛЬНОГО СКЛАДУ КВАЗИСИНУСОЇДАЛЬНОЇ НАПРУГИ З ШИРОТНО-ІМПУЛЬСНОЮ МОДУЛЯЦІЄЮ ТА ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ 33417 Винахід відноситься до перетворювальної техніки і може бути використаний для управління перетворювачами напруги та стр уму, які працюють на різні види навантажень змінного квазисинусоїдального струму. Відомий спосіб і пристрій для його здійснення [1], в якому виділяється частота, що дорівнює різниці частот двох синхронізованих осциляторів і подається на відповідні ключі перетворювача. При цьому інвертор має близьку до оптимальної якість вихідної напруги, але цей спосіб має суттєвий недолік - неможливість широтно-імпульсного регулювання вихідної напруги інвертора. Відомий спосіб регулювання спектрального окладу квазисинусоїдальної напруги інвертора з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ), при якому формуються одно або двохполярні симетричні відносно середини імпульси, і в залежності від потреби, можуть вирішуватись наступні задачі: знищення заданих близьких до основної гармонік [2]; мінімізація коефіцієнта гармонік вихідної напруги КГU інвертора при заданих параметрах вихідного фільтра та навантаження [3]; мінімізація коефіцієнта гармонік вихідного струму інвертора КГІ при заданих параметрах активно-індуктивного навантаження [4] і т.п. задачі, пов'язані з заданим регулюванням гармонійного складу вихідної напруги інвертора для оптимізації тих чи інших параметрів якості вихідної напруги інвертора при відомих параметрах навантаження. Загальним їх недоліком в те, що в ни х не описаний спосіб широтноімпульсного регулювання першої гармоніки вихідної напруги. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є спосіб [5], при якому формуються одно або двохполярні симетричні відносно середини імпульси, і відбувається постійне вираховування величин кутів комутації ключів інвертора мікропроцесором з наперед записаних в пам'ять оптимізаційних рівнянь, що дозволяють знищити близькі до основної гармоніки. Відомий також пристрій для здійснення вищеописаного способу [5]. До його недоліків слід віднести зв'язок граничної точності вираховування кутів переключень від розрядності мікропроцесора, що в свою чергу негативно впливає на його швидкодію, ціну, знижує його перешкодостійкість і надійність. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є пристрій для здійснення способу регулювання спектрального складу квазисинусоїдальної напруги з широтно-імпульсною модуляцією [6], який полягає в тому, що необхідні кути переключень інвертора записані в постійні запам’ятовуючі пристрої, які потім, в процесі його роботи, ініціюються в залежності від вхідних сигналів, і є керуючими для ключів інвертора. Але в способі [5] не вказано, як знаходити кути переключень для оптимізації того чи іншого енергетичного критерію інвертора при заданих параметрах навантаження, а також, в ньому необхідно знаходити значення коефіцієнтів рівняння, що аппроксимує величини зміни кожного кута переключень від вхідних величин (напруги і частоти), що в свою чергу призводить до збільшення затрат часу на проектування, налаштування, вменшує точність відпрацювання необхідних кутів переключень і призводить до інших ви щеописаних недоліків. Вищеописаний пристрій [6] має такий недолік, що в ньому є паразитний сигнал в керуючих імпульсах у вигляді паузи на нулі під час перемикання мультиплексора, при чому довжина паузи збільшується пропорційно збільшенню числа фаз інвертора. Задачею запропонованого технічного рішення є покращення якості вихідної напруги інвертора та оптимізація вибраних його енергетичних критеріїв шляхом регулювання спектрального складу вихідної квазисинусоїдальної напруги інвертора при роботі на визначенні види навантаження, з одночасним регулюванням першої її гармоніки і спрощення пристроїв їх здійснюючих. Поставлена задача досягається тим, що спосіб регулювання спектрального складу квазисинусоїдальної напруги э широтно-імпульсною модуляцією, при якому на півхвилі вихідної напруги формують одно або двополярні відносно середини імпульси, додається тим, що спектральний склад квазисинусоїдальної напруги регулюють відповідно наперед знайденим кутам перемикань і записаним в програмовані запам'ятовуючі пристрої, які (кути) знаходять з рішень задач оптимізації заданого енергетичного критерію інвертора при заданих параметрах навантаження, обмеженнями яких, на кожному кроці регулювання величини першої гармоніки, є задане значення величини першої гармоніки, при цьому пристрій для регулювання спектрального складу квазисинусоїдальної напруги є широтно-імпульсною модуляцією, що включає перший програмований запам'ятовуючий пристрій, додається тим, що в нього введені другий і третій програмовані запам'ятовуючі пристрої, перший і другий лічильники, реверсивний лічильник, керований напругою задаючий генератор, перетворювач частота-код, формувач заднього фронту, лінія затримки, блок управління, елемент І-НІ, перший і другий елементи АБО, перша, друга, ... і m+1-ша схема порівняння, перший, другий, ..., m+2-ий елемент АБО-НІ, перший, другий, ..., 2m+2-ий елемент І, причому, вхід першого елемента І-НІ є входом вмикання-вимикання пристрою та з'єднаний з першими входами третього, четвертого, ..., 2m+2-го елементів І, а вихід першого елемента АБО-НІ підключений до входів установки в нуль першого лічильника і реверсивного лічильника і до першого входу першого елемента АБО, др угий вхід якого з’єднаний з виходом лінії затримки і з першими входами першого і другого елементів І, вихід першого елемента АБО підключений до входів установки в нуль другого лічильника, виходи першого і другого елементів І, відповідно, підключені до додаючого та віднімаючого входів реверсивного лічильника, виходи розрядів якого підключені до входів елементів І-НІ і другого АБО, і входів розрядів першого і третього програмованих запам'ятовуючи х пристроїв, решта входів розрядів третього програмованого запам'ятовуючого пристрою та входи розрядів першого програмованого запам'ятовуючого пристрою з'єднані з виходами другого лічильника, а решта входів розрядів першого програмованого запам'ятовуючого пристрою з'єднані з виходами перетворювача частота-код, виходи елементів І-НІ і другого АБО підключені, 2 33417 відповідно, до других входів першого і другого елементів І, виходи розрядів першого програмованого запам'ятовуючого пристрою підключені до перших входів першої схеми порівняння, другі входи якої з'єднані з виходами розрядів, крім старшого, першого лічильника і з входами другого програмованого запам'ятовуючого пристрою, крім одного, який з'єднаний із старшим розрядом першого лічильника і першим входом другої схеми порівняння, вихід першої схеми порівняння черев другий елемент АБО-НІ з'єднаний з входом другого лічильника, виходи розрядів другого програмованого запам'ятовуючого пристрою підключені, відповідно, до перших входів третьої, четвертої, ..., m+1-ї схем порівняння, другі входи другої, третьої, ..., m+1-ї схеми порівняння з'єднані з виходами розрядів третього програмованого запам'ятовуючого пристрою, виходи другої, третьої, ..., m+1-ї схеми порівняння з'єднані, відповідно, з другими входами третього, п'ятого і т.д., 2m+1-го елемента І, і через третій, четвертий, ..., m+1-й елемент АБО-НІ з другими входами четвертого, шостого і т.д., 2m+2-го елемента І, ви ходи третього, четвертого, ..., 2m+2-го елементів І є 2m виходами пристрою, ви хід керованого напругою задаючого генератора з'єднаний з входами першого лічильника і перетворювача частота-код, виходи “більше”, “менше” блоку управління підключені, відповідно, до третіх входів першого і другого елементів І, вихід передостаннього розряду першого лічильника через формувач заднього фронту з'єднаний з входом лінії затримки. Як відомо, для знищення k гармонік у ви хідній напрузі необхідно розв'язати систему із k трансцендентних рівнянь: cosa i = b2 (5). Відповідно, і розв'язати їх для заданих значень b1 і b2 з урахуванням умови (3), то можливо буде дискретно регулювати першу гармоніку вихідної напруги дво хполярної та однополярної, відповідно, ШІМ. Таким чином, не знищивши останню k-ту високочастотну гармоніку, із гармонійного складу вихідної напруги інвертора, маємо можливість дискретно регулювати першу гармоніку вихідної напруги інвертора, знищивши при цьому k-1 гармонік, близькорозміщених до основної. При цьому кути перемикання ключів інвертора a 1, a 2, ..., a k, знаходяться із наступних систем трансцендентних рівнянь: 1 k 1 + 2å ( -1) cosa i - b1 = 0 1=1 1 k 1 + 2å ( -1) cos n1a1 = 0 1=1 (6), ......................................... 1 k 1 + 2å ( -1) cos nk -1a i = 0 1=1 для двохполярної ШІМ, і k 1+ 1 k 1+ 1 å (-1) 1= 1 å (-1) 1= 1 cosa i - b2 = 0 cos n2a 1 = 0 (7), ......................................... k å (-1) 1= 1 1=1 k 1+ 1 cos nk -1a i = 0 для однополярної ШІМ. Системи трансцендентних рівнянь (6) і (7) розв'язуються числовими методами. В табл. 1 і 2 подані значення кутів перемикання ключів інвертора в електричних градусах для двохполярної і однополярної ШІМ (див. фіг. 3 і 5, відповідно), де U1* відносне значення першої гармоніки вихідної напруги, якщо умовно прийняти напругу живлення ЕП=1 В. При чому в дво хполярній ШІМ подавлені п'ята і сьома гармоніки (табл.1), а в однополярній третя і п'ята гармоніки (табл. 2). Як відомо, двохполярна ШІМ застосовується, в загальному випадку, в m-фазних інверторах напруги (див. фіг. 2), а однополярну ШІМ раціонально застосовувати, в зв'язку з досягненням мінімуму числа перемикань ключів інвертора при однакових показниках якості з двухполярною ШІМ, в однофазних інверторах (див. фіг. 4). Знищення наперед заданих гармонік, близько розміщених до основної, дозволяє максимально покращити якість вихідної напруги інвертора, при роботі на будь-яке навантаження, при умові, що не проводиться додаткова оптимізація показників якості вже з урахуванням характеру навантаження. Крім того, ця оптимізація на практиці робиться нечасто, тому що виграш від неї незначний. Тому в літературі [3] цей вид ШІМ зі знищенням гармонік, близько розміщених до основної, одержав назву оптимальної ШІМ. (1), ..................................... k 1 + 2å ( -1)1 cos nka i = 0 1= 1 для двохполярної ШІМ (фіг. 3, k-3) і систему із k трансцендентних рівнянь: k å (-1)1+1 cos n1ai = 0 1= 1 k å (-1)1+1 cos n2ai = 0 1= 1 1+1 k å (-1) 1=1 1 + 2 å ( -1)1 cos n1a i = 0 1= 1 (4), 1=1 k 1 + 2å (-1)1 cos n2a i = 0 1 k 1 + 2å ( -1) cosa i = b1 (2), ..................................... k å ( -1)1+1 cos nkai = 0 1= 1 для однополярної ШІМ (див. фі г. 5, k-3). При цьому k-число незалежних змінних являє собою значення кутів перемикання в загальному вигляді для m-фазного (див. фіг. 2) інвертора на чверть періоду вихідної частоти. Для фізичної реалізації кутів перемикання інвертора a 1, a 2, ..., a k необхідно, щоб вони задовольняли додатковій умові: 0