СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ ТРАНЗИСТОРНЫХ ИНВЕРТОРОВ

Полезная модель относится к электросвязи, в частности, к устройствам для синхронизации параллельно работающих преобразователей энергии постоянного напряжения (тока) в энергию переменного напряжения (тока).
Параллельное соединение преобразователей позволяет наряду с наращиванием мощности изделий резервировать их без прерывания выходных параметров, что очень важно для обеспечения надежности системы электрооборудования летательных аппаратов.
Известно устройство, которое представляет собой систему фазовой автоподстройки частоты и состоит из фазового детектора (ФД), фильтра низких частот и усилителя, при этом выходные частоты задающих генераторов (ЗГ) параллельно соединенных инверторов сравниваются фазовым детектором. Сигнал, являющийся мерой их фазового рассогласования, после фильтрации и усиления поступает на вход ведомого задающего генератора, в качестве которого обычно используется генератор управляемый напряжением, а на выходе может быть сигнал любой формы, например синусоидальный, треугольный и т.д.). В результате его частота приближается к частоте ведущего генератора (Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т.2. Пер. с англ. Изд. 3-е, стереотип.- М.: Мир, 1986. - 590 с., илл.)
Недостатком данного технического решения являются: отсутствие синхронизации задающих генераторов по амплитуде, низкое быстродействие и сложная техническая реализация.
Известно также устройство для синхронизации, представляющее собой задающие генераторы инверторов (в их качестве используются релаксационные автогенераторы), соединенные между собой информационными связями по следующему принципу: выход первого (ведущего) ЗГ соединен одновременно со входами второго и третьего ЗГ, выход второго - со входами третьего и четвертого ЗГ и т.д. в зависимости от количества инверторов параллельно работающих на нагрузку (Розанов Ю.К., Рябчинский М.В., Кваснюк А.А. Силовая электроника. - М.: Изд-во МЭИ, 2009).
Недостаток такого технического решения состоит в том, что при любом изменении частоты ведущий ЗГ отключается, а ведомый ЗГ остается в режиме синхронизации и его работа не сказывается на работе системы.
Наиболее близкой из известных по своей технической сущности является система синхронизации транзисторных инверторов, содержащая параллельно соединенные ведущий-ведомый задающие генераторы (см., например, описание изобретения к патенту РФ №2270518, кл. Н03L 7/00, опубл. 20.02.2006).
Недостатком устройства является то, что в нем используется режим «ведущий-ведомый», что сказывается на надежности системы, т.к. при выходе из строя ведущего ЗГ вся система оказывается не работоспособной.
Техническим результатом от использования заявленного технического решения является повышение надежности устройства за счет введения между задающими генераторами информационных связей с одновременной синхронизацией по фазе, частоте и амплитуде и возможностью обеспечения автономной работы каждого задающего генератора, что значительно повышает качество энергии на выходе инвертора и надежность в целом системы электроснабжения летательных аппаратов.
Указанный технический результат достигается тем, что в системе синхронизации транзисторных инверторов, содержащей параллельно соединенные задающие генераторы, каждый задающий генератор включает генератор пилообразного напряжения и фильтр низких частот, представляющий собой два каскадно соединенных RC-фильтра, перед которыми введены неинвертирующие усилители, подключенные непосредственно к соответствующим выходам генераторов пилообразного напряжения, каждый генератор пилообразного напряжения включает операционный усилитель, делитель напряжения и RC-цепочку для формирования пилообразного напряжения, причем для улучшения выходных характеристик фильтров между каскадами введены повторители, выполняющие функцию усилителей мощности, а для синхронизации синусоидальных напряжений на выходах задающих генераторов выходы фильтров низких частот электрически соединены между собой, при этом для предотвращения возникновения тока короткого замыкания фильтры низких частот соединены между собой через повторители и резисторы.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства синхронизации параллельно работающих инверторов, на фиг.2 - диаграммы выходных напряжений на выходах генераторов пилообразного напряжения, а на фиг.3 - выходные напряжения самих задающих генераторов, поясняющие синхронизацию по фазе, частоте и амплитуде.
Система синхронизации транзисторных инверторов содержит задающие генераторы, состоящие из генераторов пилообразного напряжения 1 и 2, к выводам 3 и 4 которых подключаются фильтры низких частот 5 и 6. Синхронизация задающих генераторов обеспечивается тремя информационными связями 7, 8 и 9, представляющими собой электрические соединения. Связь 9 во избежание возникновения тока короткого замыкания вводится через повторители 10 и 11, а также резисторы 12 и 13.
Генераторы пилообразного напряжения состоят из операционных усилителей 14 и 15, делителей напряжения (резисторы 16, 17 и 18, 19) и RC-цепочек для формирования пилообразного напряжения - резисторы 20 и 21 и конденсаторы 22 и 23.
Фильтры низких частот состоят из двух каскадно соединенных RC-фильтров (резисторы 24, 25 с конденсаторами 26, 27 и резисторы 28, 29 с конденсаторами 30, 31). Для повышения уровня пилообразного сигнала, поступающего на фильтры с выходов генераторов пилообразного напряжения, используются неинвертирующие усилители с коэффициентом усиления, равным двум (операционные усилители 32, 33 и резисторы 34, 35, 36, 37). Повторители 38 и 39 выполняют роль усилителей мощности и вводятся для улучшения выходных характеристик фильтров. Выходное синусоидальное напряжение снимается с выводов 40 и 41.
Работа предложенного устройства осуществляется следующим образом.
пит
пит
К операционным усилителям 14 и 15 прикладывается напряжение U (обычно используются источники расщепленного питания ±12 В). После этого выходной сигнал усилителей выходит на положительное насыщение и конденсаторы 22 и 23 начинают заряжаться с постоянной времени RC. Когда напряжение конденсаторов достигнет значения U/2, операционные усилители переключатся в отрицательное насыщение и конденсаторы начнут разряжаться. Этот процесс периодический и таким образом на выводах 3 и 4 формируются пилообразные сигналы (фиг.2). Эти сигналы поступают на фильтры низких частот 5 и 6, на выходах которых формируется синусоидальное напряжение, снимаемое с выводов 40 и 41.
Для синхронизации синусоидальных напряжений на выходах задающих генераторов в случае технологического разброса параметров генераторов пилообразного напряжения и фильтров низких частот вводятся связи 7, 8 и 9. Они представляют собой электрические соединения. Связь 41 во избежание возникновения тока короткого замыкания вводиться через повторители 10 и 11, а также резисторы 12 и 13. Диаграммы выходных напряжений задающих генераторов, подтверждающие синхронизацию по фазе, частоте и амплитуде, представлены на фиг.3.
Таким образом, применение предлагаемого технического решения позволяет, в отличии от известных устройств, синхронизировать параллельно работающие инверторы сразу по всем параметрам - фазе, частоте и амплитуде, что значительно улучшает качество энергии на выходе преобразователей. При этом их задающие генераторы работают автономно, это значительно повышает надежность системы электроснабжения летательных аппаратов.