СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ Российский патент 2000 года по МПК H02M5/44 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления с преобразователями частоты для озонаторов.

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях, подключенный к выходным выводам выпрямителя через дроссель фильтра, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке (Ruzsamyi T., Baesanyi C. Transistorwechelrichter fur Induktiwev Erwarmung // Period. polytechn. Mech. engineering. - 1986. N 1. - S. 99-122).

Недостатком способа управления является низкая надежность преобразователя частоты при работе на озонатор из-за высоких коммутационных потерь мощности и перенапряжений на вентилях, обусловленных высокими скоростями спада тока при включении.

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя через дроссель фильтра, зашунтированный коммутирующим конденсатором, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке (Исследование системы аккумулятор - повышающий напряжение преобразователь - регулируемый электропривод /Л.А. Шпинглер и др.// Электротехника. - 1998. - N 10. - С. 12-15).

Недостатком способа управления является низкая надежность преобразователя частоты при работе на озонатор из-за высокой амплитуды тока вентилей при включении обусловленной перезарядом барьерной емкости озонатора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя через дроссель фильтра, работающим на нагрузку с индуктивностью (Глазенко Т.А., Сеньков В.И. Схемотехнические и конструктивные методы обеспечения электромагнитной совместимости транзисторных преобразователей постоянного напряжения //Электричество. - 1989. - N 2. - С. 37-43), который и рассматривается в качестве прототипа.

Способ управления преобразователем частоты заключается в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке.

Недостатком прототипа является недостаточная надежность преобразователя частоты при работе на озонатор из-за высоких коммутационных потерь и перенапряжений на вентилях, обусловленных высокими скоростями спада тока при выключении вентилей.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы преобразователя частоты в составе системы управления озонатором, что является целью изобретения.

Повышение надежности работы преобразователя частоты достигается тем, что в способе управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя через дроссель фильтра, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, вырабатывают прямоугольные импульсы с периодом 0,5 T, где T - период выходного переменного тока, фронты которых задают моменты включения вентилей, задают уровень тока, измеряют мгновенное значение тока в диагонали переменного тока инвертора, сравнивают мгновенное значение тока в диагонали переменного тока инвертора с заданным уровнем тока, определяют момент равенства тока в диагонали переменного тока инвертора заданному уровню тока, вентили выключают в момент равенства тока в диагонали переменного тока инвертора заданному уровню тока.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы преобразователя частоты на озонатор за счет уменьшения коммутационных потерь и перенапряжений на вентилях, обусловленных спадом тока вентилей при выключении. Вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, работают с перекрытием токов, т.е. длительность их включенного состояния по заявляемому способу управления превышает половину периода выходного переменного тока. На интервале одновременной работы вентилей, формирующих прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, диагональ переменного тока инвертора отключена от цепи выпрямителя и ток в диагонали снижается до заданного уровня, скорость спада которого при выключении не вызывает высоких уровней коммутационных потерь и перенапряжений.

Повышение надежности работы преобразователя частоты является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями и порядком их осуществления в способе управления, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа управления преобразователем частоты являются существенными.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа управления преобразователем частоты, на фиг. 2 - временные диаграммы процессов на элементах схемы, поясняющие принцип управления.

Способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя через дроссель фильтра, работающим на нагрузку с индуктивностью, реализуется следующими действиями. Формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. Вырабатывают прямоугольные импульсы с периодом 0,5 T, где T - период выходного переменного тока, фронты которых задают моменты включения вентилей. Причем задают уровень тока, измеряют мгновенное значение тока в диагонали переменного тока инвертора, сравнивают мгновенное значение тока в диагонали переменного тока инвертора с заданным уровнем тока, определяют момент равенства тока в диагонали переменного тока инвертора заданному уровню тока. Вентили выключают в момент равенства тока в диагонали переменного тока инвертора заданному уровню тока.

Схема устройства для реализации способа управления преобразователем частоты включает выпрямитель 1 и двухтактный инвертор на транзисторах 2 - 5, каждый транзистор которого зашунтирован встречным диодом 6 - 9, подключенный к выходным выводам выпрямителя через дроссель фильтра 10, в диагональ переменного тока которого включена нагрузка с индуктивностью 11, последовательную цепь из задающего генератора 12, делителя частоты 13, схемы ИЛИ 14, выходного каскада 15, выход которого соединен с управляющими электродами транзисторов, формирующих прямую полуволну тока в нагрузке, последовательную цепь из второй схемы ИЛИ 16, вход которой подключен к второму выходу делителя частоты, и второго выходного каскада 17, выход которого соединен с управляющими электродами транзисторов, формирующих обратную полуволну тока в нагрузке, датчик тока 18 в диагонали переменного тока инвертора, выход которого соединен с входами порогового 19 и второго порогового 20 элементов, выходы пороговых элементов соединены с вторыми входами схем ИЛИ, источник задания уровня тока 21, выходы которого соединены с вторыми входами пороговых элементов.

Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 12 вырабатывает прямоугольные импульсы с периодом 0,5 T, где T - период выходного переменного тока. Фронты импульсов задают моменты транзисторов 2,5 и 3,4. На выходах делителя частоты 13 импульсы имеют период, равный периоду выходного переменного тока, и сдвинуты относительно друг друга на 180 град. эл. Указанные импульсы через схемы ИЛИ 14, 16 поступают на входы выходных каскадов 15, 17, осуществляющих усиление импульсов управления транзисторов 2 - 5, а также гальваническую развязку силовой и управляющей цепи. Управляющие импульсы с выходов выходных каскадов 15, 17 поступают на управляющие электроды транзисторов 2 - 5, формирующих прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. Пары транзисторов 2,5 и 3,4 включаются поочередно. При работе транзисторов 2,5 формируются прямая, а при работе транзисторов 3,4 - обратная полуволны тока в нагрузке. При протекании тока прямой полуволны, уровень которого превышает заданный уровень тока, на выходе порогового элемента 19 имеет место высокий логический уровень напряжения. При протекании тока обратной полуволны, уровень которого превышает заданный уровень тока, высокий логический уровень напряжения имеет место на выходе второго порогового элемента 20. Сигналы с выходов пороговых элементов 19, 20 складываются с сигналами на выходах делителя частоты 13. При включении очередной пары транзисторов 2,5 или 3,4 уровень тока в диагонали переменного тока инвертора превышает заданный уровень. Так как нагрузка имеет индуктивный характер, ток в диагонали при включении очередной пары транзисторов некоторое время продолжает протекать в первоначальном направлении. В результате за счет высокого уровня напряжения соответствующих пороговых элементов 19, 20 транзисторы предыдущей пары 3,4 или 2,5 остаются включенными до тех пор, пока ток в диагонали переменного тока не снизится до заданного уровня тока. Таким образом, транзисторы пар 2,5 и 3,4 работают с перекрытием. На интервалах одновременной проводимости транзисторов 2-5 диагональ переменного тока инвертора отключена от цепи выпрямителя и ток в диагонали снижается за счет расходования в контурах коммутации электромагнитной энергии, накопленной в реактивных элементах нагрузочной цепи. Сигнал задания уровня тока поступает на входы пороговых элементов 19, 20 с выхода источника задания уровня тока 21. Дроссель фильтра 10 предотвращает недопустимое возрастание тока через транзисторы 2-5 инвертора на интервалах одновременной проводимости транзисторных пар 2,5 и 3,4.

Таким образом, моменты выключения очередной пары транзисторов 2,5 или 3,4 определяется электромагнитными процессами в цепи коммутации, а включения - временем, заданным импульсами задающего генератора.

Временные диаграммы фиг. 2 иллюстрируют работу устройства и принцип управления преобразователем частоты. На диаграммах: u₁₂ - импульсы задающего генератора 12, u₁₃ - сигналы с первого и второго выходов делителя частоты 13, u₁₉ - сигнал с выхода порогового элемента 19, u₂₀ - сигнал с выхода порогового элемента 20, u₁₅ - импульсы управления транзисторами 3,4 с выхода выходного каскада 15, u₁₇ - импульсы управления транзисторами 2,5 с выхода выходного каскада 17, t - текущее время.

Подача импульсов управления и включение транзисторов 2,5 осуществляется в моменты времени t₁, t₅, t₉, транзисторов 3, 4 - в моменты времени t₀, t₃, t₇. Снятие импульсов управления и выключение транзисторов 2,5 осуществляется в моменты времени t₄, t₈, транзисторов 3,4 - в моменты времени t₂, t₆. Интервалы одновременной проводимости транзисторных пар 2,5 и 3,4 на диаграммах соответственно равны t₂ - t₁, t₄ - t₃, t₆ - t₅, t₈ - t₇.

Датчик тока 18 может быть реализован на основе элемента Холла, пороговые элементы 19, 20 - на основе операционных усилителей, делитель частоты 13 - на основе триггера со счетным входом. Выпрямитель 1 выполняется по любой из известных схем управляемых выпрямителей.

По сравнению с прототипом использование заявляемого способа управления преобразователем частоты позволяет повысить надежность его работы на озонатор. Это обеспечивается снижением коммутационных потерь и перенапряжений на вентилях за счет снижения скоростей спада тока вентилей при коммутациях. Выключение вентилей осуществляется при пониженном уровне тока через них. Снижение тока происходит на интервалах перекрытия токов транзисторных пар. Повышение надежности работы преобразователя частоты может быть оценено по времени наработки на отказ по результатам опытной эксплуатации. При работе в составе системы управления озонаторной установки время наработки на отказ преобразователя частоты с управлением по заявляемому способу управления может быть увеличено в 1,5-2 раза по сравнению с прототипом.

Изобретение (ИЗ) относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с преобразователями частоты (ПЧ) для озонаторов. ИЗ повышает надежность работы ПЧ, что является техническим результатом. Способ управления ПЧ, содержащим выпрямитель (ВЫ) и двухтактный инвертор (ИН) на полностью управляемых вентилях (ВН) с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам ВЫ через дроссель фильтра, работающим на нагрузку (НА) с индуктивностью, заключается в формировании и поочередной подаче импульсов управления (ИУ) на ВН, формирующие прямую и обратную полуволны тока (ТО) в НА. При этом вырабатывают прямоугольные импульсы с периодом (ПР) 0,5 Т, где Т - ПР выходного переменного ТО, фронты которых задают моменты включения ВН, задают уровень (УР) ТО, измеряют мгновенное значение (МЗ) ТО в диагонали (ДИ) переменного ТО ИН, сравнивают МЗ ТО в ДИ переменного ТО ИН с заданным УР ТО, определяют момент равенства ТО в ДИ переменного ТО ИН заданному УР ТО, ВН выключают в момент равенства ТО в ДИ переменного ТО ИН заданному УР ТО. 2 ил.

Способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя через дроссель фильтра, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, отличающийся тем, что вырабатывают прямоугольные импульсы с периодом 0,5Т, где Т - период выходного переменного тока, фронты которых задают моменты включения вентилей, задают уровень тока, измеряют мгновенное значение тока в диагонали переменного тока инвертора, сравнивают мгновенное значение тока в диагонали переменного тока инвертора с заданным уровнем тока, определяют момент равенства тока в диагонали переменного тока инвертора заданному уровню тока, вентили выключают в момент равенства тока в диагонали переменного тока инвертора заданному уровню тока.