Модулятор ширины импульсов мостового инвертора

 

Использование: в электроприводах с широким диапазоном частоты вращения. Сущность изобретения: устройство состоит из генератора напряжения несущей частоты, управляемого генератора пилообразного напряжения, инвертирующего усилителя 3 с единичным коэффициентом усиления, триггера 4, двух двухканальных коммутаторов 5,6 и двух узлов сравнения 7,8. На выходе модулятора формируются два идентичных широтно-модулированных сигнала, сдвинутых на 180 эл. градусов между собой, которые формируются из чередующихся сигналов, состоящих из одного периода сигнала пилообразного напряжения и одного периода инвертированного сигнала пилообразного напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании реверсивных электроприводов с широким диапазоном регулирования частоты вращения.

Известны модуляторы ширины импульсов мостовых инверторов, содержащие генератор пилообразного напряжения, на выходе которого формируется двухполярное, двухстороннее симметричное пилообразное напряжение, инвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления, и два узла сравнения, первые входы узлов сравнения соединены с входной шиной напряжения задания, вторые входы узлов сравнения соединены соответственно с выходом генератора пилообразного напряжения и выходом инвертирующего усилителя, вход инвертирующего усилителя соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, на выходе узлов сравнения формируются два широтно-модулированных сигнала со 180 град. сдвигом между собой, которые управляют соответствующими силовыми стойками мостового инвертора (каждое плечо силовой стойки мостового инвертора управляется соответствующим прямым, либо инверсным сигналом), при этом на выходе инвертора формируется однополярное широтно-модулированное двойной частотой напряжение, полярность которого определяется скважностью широтно-модулированных сигналов [1, 2].

К недостаткам известных модуляторов можно отнести то, что стойки управляются широтно-модулированными сигналами, полученными от разных пилообразных напряжений, что предъявляет повышенные требования к их формированию, кроме того реализация двухстороннего симметричного напряжения сложнее, чем одностороннего [3].

Из известных решений наиболее близким по технической сущности является модулятор ширины импульсов, который используется в преобразователе постоянного напряжения в квазисинусоидальное [4], содержащий последовательно соединенные генератор напряжения несущей частоты, управляемый генератор пилообразного напряжения и инвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления, а также триггер и два узла сравнения, вход триггера соединен с выходом генератора напряжения несущей частоты, на выходе генератора пилообразного напряжения формируется одностороннее пилообразное напряжение, первый вход узлов сравнения соединен с входной шиной задания, второй вход узлов сравнения соединен соответственно с выходом генератора пилообразного напряжения и с выходом инвертирующего усилителя, выходы узлов сравнения являются выходами модулятора.

Недостаток известного модулятора заключается в том, что он формирует широтно-модулированное напряжение, которое производит одновременное переключение силовых стоек инвертора на границе между периодами пилообразного напряжения, что приводит к кратковременным появлениям на выходе инвертора дополнительного импульса, искажающего форму выходного напряжения, и требует затрат энергии на эти переключения.

Цель изобретения - уменьшение динамических потерь энергии в цепях управления инвертором, улучшение формы выходного напряжения инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что в модуляторе ширины импульсов, содержащем последовательно соединенные генератор напряжения несущей частоты, управляемый генератор пилообразного напряжения и инвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления, а также два узла сравнения и триггер, вход триггера соединен с выходом генератора напряжения несущей частоты, первый вход узлов сравнения соединен с входной шиной напряжения задания, выходы узлов сравнения являются выходами модулятора, дополнительно введены два двухканальных коммутатора, управляющий вход двухканальных коммутаторов соединен с выходом триггера, информационные входы двухканальных коммутаторов соединены с выходом генератора пилообразного напряжения и с выходом инвертирующего усилителя, выходы двухканальных коммутаторов соединены со вторыми входами узлов сравнения.

Сущность изобретения заключается в том, что на выходе предлагаемого модулятора формируются два идентичных широтно-модулированных сигнала, сдвинутых на 180 эл.град. между собой, которые в свою очередь формируются из чередующихся сигналов, состоящих из одного периода сигнала пилообразного напряжения и одного периода инвертированного сигнала пилообразного напряжения.

Сравнение предлагаемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 приведена упрощенная схема модулятора ширины импульсов; на фиг.2 - диаграммы работы основных узлов модулятора.

Модулятор ширины импульсов (фиг.1) содержит последовательно соединенные между собой генератор напряжения 1 несущей частоты, управляемый генератор пилообразного напряжения 2 и инвертирующий усилитель 3 с единичным коэффициентом усиления, а также триггер 4, соединенный с выходом генератора напряжения 1 несущей частоты, выход генератора пилообразного напряжения 2 соединен с первым информационным входом двухканального коммутатора 5 и со вторым информационным входом двухканального коммутатора 6, выход инвертирующего усилителя 3 соединен со вторым информационным входом двухканального коммутатора 5 и с первым информационным входом двухканального коммутатора 6, управляющий вход двухканальных коммутаторов 5, 6 соединен с выходом триггера 4, выходы двухканальных коммутаторов 5, 6 соединены со вторыми входами узлов сравнения 7, 8, первые входы узлов сравнения 7, 8 соединены с входной шиной напряжения задания U_y, выходы узлов сравнения 7, 8 являются выходами устройства.

Модулятор ширины импульсов работает следующим образом: (фиг.2) с выхода генератора напряжения 1 несущей частоты импульсное напряжение U₁ поступает на вход управляемого генератора 2 пилообразного напряжения и на вход триггера 4. На выходе управляемого генератора 2 формируется одностороннее пилообразное напряжение U₂ положительной полярности, которое поступает на вход инвертирующего усилителя 3 с единичным коэффициентом усиления, на первый информационный вход двухканального коммутатора 5 и на второй информационный вход двухканального коммутатора 6, на выходе инвертирующего усилителя 3 формируется одностороннее пилообразное напряжение U₃ отрицательной полярности, которое поступает на второй информационный вход двухканального коммутатора 5 и на первый информационный вход двухканального коммутатора 6, на выходе триггера 4 формируется напряжение U₄ прямоугольной формы со сменой уровня по заднему фронту импульсного напряжения U₁, напряжение U₄ поступает на управляющие входы двухканальных коммутаторов 5 и 6, двухканальные коммутаторы 5, 6 работают следующим образом: при наличии на управляющем входе напряжения, к выходу коммутатора подключается первый информационный вход, при отсутствии на управляющем входе напряжения к выходу коммутатора подключается второй информационный вход, в результате на выходе двухканальных коммутаторов 5, 6 формируются напряжения соответственно U₅, U₆, которые состоят из чередующихся участков, содержащих по одному периоду напряжений U₂, U₃, при этом напряжения U₅ и U₆ формируются в противофазе, или сдвинутыми относительно друг друга на 180 эл. град., выходы двухканальных коммутаторов 5 и 6 соединены со вторыми входами узлов сравнения 7 и 8, первые входы узлов сравнения 7 и 8 соединены с входом напряжения задания U_y, выходы узлов сравнения 7 и 8 являются выходами модулятора.

Выполнение предложенного модулятора ширины импульсов в мостовом инверторе снижает по сравнению с прототипом частоту переключения силовых стоек в два раза при одинаковой частоте выходного напряжения, кроме того исключаются одновременные переключения силовых стоек инвертора, ухудшающие форму выходного напряжения инвертора.

Формула изобретения

МОДУЛЯТОР ШИРИНЫ ИМПУЛЬСОВ МОСТОВОГО ИНВЕРТОРА, содержащий последовательно соединенные между собой генератор напряжения несущей частоты, управляемый генератор пилообразного напряжения и инвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления, а также триггер и два узла сравнения, выходы которых являются выходными выводами модулятора, служащими для подсоединения к управляющим входам мостового инвертора, причем первые входы узлов сравнения соединены с входным выводом напряжения задания, а вход триггера - с выходом генератора напряжения несущей частоты, отличающийся тем, что введены два двухканальных коммутатора, первые информационные входы которых соединены с выходом управляемого генератора пилообразного напряжения, а вторые - с выходом инвертирующего усилителя, при этом управляющие входы двухканальных коммутаторов соединены с выходом триггера, а выходы - с вторыми входами узлов сравнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2