СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ ТОКА Российский патент 2006 года по МПК H02M7/538 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления установок индукционного нагрева.

Известен способ управления инвертором тока, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке (А.с. 1758812 СССР, МКИ Н 02 М 7/523. Параллельный инвертор тока / Силкин Е.М., Дзлиев С.В., Качан Ю.П и др. // Б.И. - 1992. - N 32).

Недостатком способа управления является низкая надежность работы инвертора тока, содержащего полностью управляемые вентили, из-за высоких коммутационных потерь при включении и выключении вентилей и перенапряжений на вентилях при выключении.

Известен способ управления инвертором тока, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке (А.с. 1624637 СССР, МКИ Н 02 М 7/523. Инвертор тока / Дзлиев С.В., Силкин Е. М., Качан Ю.П. и др. // Б.И. 1991. N 4).

Недостатком способа управления является низкая надежность работы инвертора тока, содержащего полностью управляемые вентили, из-за высоких коммутационных потерь при включении и выключении вентилей и перенапряжений на вентилях при выключении.

Известен способ управления инвертором тока, содержащим полностью управляемые вентили, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, измерении мгновенного значения, напряжения на нагрузке, определении моментов перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, задании интервала времени, измерении интервала времени между моментами перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, сравнении измеренного интервала времени с заданным интервалом времени, прекращении подачи импульсов управления на вентили при превышении измеренным интервалом времени заданного интервала времени (П. 2169984 РФ, МКИ Н 02 М 7/521. Способ управления инвертором тока / Силкин Е.М. // Б.И. - 2001. - N 18).

Данный способ управления инвертором тока выбирается в качестве прототипа.

Недостатком способа управления является низкая надежность работы инвертора тока, содержащего полностью управляемые вентили, из-за высоких коммутационных потерь и перенапряжений на вентилях при их выключении и отсутствия контроля минимального интервала проводимости вентилей.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы инвертора тока, что является целью изобретения.

Указанная цель достигается тем, что в способе управления инвертором тока, содержащим полностью управляемые вентили, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, заключающемся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, измерении мгновенного значения напряжения на нагрузке, определении моментов перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, задании интервала времени, измерении интервала времени между моментами перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, сравнении измеренного интервала времени с заданным интервалом времени, прекращении подачи импульсов управления на вентили при превышении измеренным интервалом времени заданного интервала времени, задают второй интервал времени, очередные импульсы управления подают и очередные вентили включают с опережением относительно моментов перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, а ранее включенные вентили выключают в моменты перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, сравнивают второй заданный интервал времени с измеренным интервалом времени, прекращают подачу импульсов управления на вентили при превышении вторым заданным интервалом времени измеренного интервала времени.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы инвертора тока, содержащего полностью управляемые вентили, работающего на нагрузку в виде параллельного колебательного контура. Способ управления позволяет обеспечить снижение коммутационных потерь и перенапряжений на вентилях при выключении за счет контроля траектории рабочей точки вентилей при коммутации и выключения инвертора тока при уменьшении длительности проводящего состояния вентилей ниже предельно допустимого значения.

Повышение надежности работы инвертора тока 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 инвертором тока являются существенными.

На фиг.1 приведена схема устройства для реализации способа управления, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие способ управления инвертором тока.

Способ управления инвертором тока, содержащим полностью управляемые вентили, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, реализуется следующими действиями. Формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. Измеряют мгновенное значение напряжения на нагрузке. Определяют моменты перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение. Задают интервал времени. Измеряют интервал времени между моментами перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение. Сравнивают измеренный интервал времени с заданным интервалом времени, прекращают подачу импульсов управления на вентили при превышении измеренным интервалом времени заданного интервала времени. Задают второй интервал времени. Очередные импульсы управления подают и очередные вентили включают с опережением относительно моментов перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, а ранее включенные вентили выключают в моменты перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение. Сравнивают второй заданный интервал времени с измеренным интервалом времени, прекращают подачу импульсов управления на вентили при превышении вторым заданным интервалом времени измеренного интервала времени.

Устройство для реализации способа управления инвертором содержит подключенный к входным выводам через дроссели фильтра 1, 2 однофазный мост на четырех полностью управляемых вентилях 3-6 с нагрузкой в виде параллельного колебательного контура, образованного компенсирующим конденсатором 7 и индуктором 8, последовательную цепь, содержащую счетчик 9, таймер 10, триггер 11, элемент ИЛИ 12 и выходной каскад 13, выход которого соединен с управляющими электродами вентилей диагонали однофазного моста, вторую последовательную цепь, содержащую датчик мгновенного значения напряжения на нагрузке 14, нуль-орган 15, второй триггер 16, второй элемент ИЛИ 17 и второй выходной каскад 18, выход которого подключен к управляющим электродам вентилей второй диагонали однофазного моста, выход нуль-органа соединен с входом обнуления счетчика и входом предварительной записи таймера, второй вход второго триггера соединен с выходом таймера, выход второго триггера соединен с вторым входом элемента ИЛИ, второй выход триггера соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, третью последовательную цепь, содержащую преобразователь частота-напряжение 19, компаратор 20, выход которого соединен с вторыми входами выходного каскада и второго выходного каскада, а второй вход соединен с источником задающего напряжения 21, задающий генератор 22, выход которого соединен со счетным входом счетчика, второй задающий генератор 23, выход которого соединен со счетным входом таймера, третий триггер 24, вход которого соединен с выходом переноса счетчика, а выход подключен к третьим входам выходного каскада и второго выходного каскада.

При управлении инвертором тока по заявляемому способу управления включение очередной пары вентилей 3,6 или 4,5 производится с опережением относительно момента перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке 7,8 через нулевое значение. Ранее включенные вентили 4,5 или 3,6 остаются во включенном состоянии, что приводит к спаду их тока и нарастанию тока через вновь включенные вентили за счет разряда компенсирующего конденсатора 7. Таким образом, вентили моста инвертора 3-6 работают с перекрытием импульсов управления, включение очередных вентилей производится с опережением относительно момента перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, а выключение осуществляется в моменты перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение. При нарушении колебательного режима работы и при уменьшении интервала проводящего состояния вентилей ниже предельно допустимого значения подачу импульсов управления на вентили прекращают.

Устройство для реализации способа управления работает следующим образом. Вентили диагоналей моста инвертора 3,6 и 4, 5 включаются поочередно. При работе вентилей 3-6 на нагрузочном контуре, образованном конденсатором 7 и индуктором 8, формируется прямая и обратная полуволна напряжения. Компенсирующий конденсатор 7 обеспечивает компенсацию реактивности индуктора 8. Дроссели фильтра 1, 2 предназначены для сглаживания входного тока инвертора. Инвертор тока работает по принципу самовозбуждающегося. В моменты перехода мгновенного значения напряжения на нагрузочном контуре 7, 8 через нулевое значение нуль-орган 15 по сигналу датчика мгновенного значения напряжения 14 формирует короткий импульс синхронизации, который переключает второй триггер 16 в новое состояние, производит запись кода на выходе счетчика 9 в таймер 10 и далее обнуляет счетчик 9. Код на выходе счетчика 9 соответствует интервалу времени между моментами перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение. Т.е. указанный интервал времени измеряется путем подсчета числа импульсов задающего генератора 22. Частота второго задающего генератора 23 превышает частоту задающего генератора 22. Поэтому на выходе таймера 10 формируется сигнал окончания счета с опережением относительно очередного момента перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение. Сигнал с выхода таймера 10 переключает триггер 11 и второй триггер 16 в новое состояние. Импульсы управления на вентили каждой диагонали моста инвертора 3,6 и 4,5 формируются по сигналу на выходе соответствующего элемента ИЛИ 17, 12, который является результатом логического сложения сигналов на выходах триггеров 11 и 16. Выходные каскады 13, 18 обеспечивают усиление, гальваническую развязку и согласование уровней сигналов на выходах логических элементов ИЛИ 12, 17 и на управляющих электродах вентилей 3-6. При уменьшении выходной частоты инвертора тока ниже допустимой величины или срыва колебательного процесса в нагрузочном контуре 7,8 срабатывает третий триггер 24 по сигналу переноса, формируемого на выходе счетчика 9 при его переполнении. На выходе триггера 24 формируется сигнал, отключающий выходные каскады 13, 18 и снимающий импульсы управления с вентилей 3-6 инвертора. При уменьшении длительности проводящего состояния вентилей 3-6 ниже предельно допустимого значения, что приводит к возрастанию частоты формирования сигналов на выходе таймера 10, возрастает уровень напряжения на выходе преобразователя частота-напряжение 19. При превышении напряжения на выходе преобразователя частота-напряжение 19 порога срабатывания компаратора 20 компаратор 20 переключается. Это также приводит к отключению выходных каскадов 13, 18 и снятию импульсов управления с вентилей 3-6 инвертора. Порог срабатывания компаратора 20 задается источником напряжения 21.

На временных диаграммах приведены соответственно: сигнал на выходе датчика напряжения 14; импульсы синхронизации на выходе нуль-органа 15; импульсы на выходе таймера 10; сигналы на первом и втором выходах триггера 11; сигнал на выходе второго триггера 16; сигналы на выходах логических элементов ИЛИ 17, 12.

Временные диаграммы соответствуют установившемуся режиму работы инвертора тока.

По сравнению с прототипом повышается надежность работы инвертора тока, содержащего полностью управляемые вентили, работающего на нагрузку в виде параллельного колебательного контура. По заявляемому способу управления включение очередных вентилей производится с опережением относительно момента перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение. В результате коммутация тока вентилей происходит за счет разряда компенсирующего конденсатора. Ток ранее работающих вентилей спадает до нулевого значения, а ток включенных вентилей нарастает до максимального значения под действием напряжения на компенсирующем конденсаторе. Индуктивности соединительных шин, которые всегда имеют место в реальных устройствах, ограничивают скорость изменения тока через вентили при коммутации. При этом ранее работающие вентили остаются во включенном состоянии до момента перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение. В результате снижается уровень коммутационных перенапряжений на вентилях инвертора, связанных с прерыванием тока через индуктивности соединительных шин при выключении вентилей. Кроме того, ограничение минимального интервала проводящего состояния вентилей, а, следовательно, максимальной частоты работы инвертора тока, также ограничивает уровень предельных коммутационных потерь в вентилях и обеспечивает высокую надежность работы инвертора тока. Уменьшение длительности интервала проводящего состояния вентилей происходит в аварийном режиме замыкания витков индуктора и сопровождается перегрузками инвертора по току, что может привести к выходу его из строя.

Изобретение (ИЗ) относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления для установок индукционного нагрева. ИЗ повышает надежность работы инвертора тока (ИТ), содержащего полностью управляемые вентили. Способ управления ИТ, содержащим полностью управляемые вентили, работающим на нагрузку (НА) в виде параллельного колебательного контура, заключается в формировании и поочередной подаче импульсов управления (ИУ) на вентили (ВН), формирующие прямую и обратную полуволны напряжения (НП) на НА. При этом измеряют мгновенное значение (МЗ) НП на НА, определяют моменты перехода (МП) МЗ НП на НА через нулевое значение (НЗ), подают очередные ИУ на ВН в МП МЗ НП на НА через НЗ, задают интервал времени (ИВ), измеряют ИВ между МП МЗ НП на НА через НЗ, сравнивают измеренный ИВ с заданным ИВ. При превышении измеренным ИВ заданного ИВ подачу ИУ на ВН прекращают. Задают второй ИВ, очередные ИУ подают и очередные ВН включают с опережением относительно МП МЗ НП на НА через НЗ, а ранее включенные ВН выключают в МП МЗ НП на НА через НЗ, сравнивают второй заданный ИВ с измеренным ИВ, прекращают подачу ИУ на ВН при превышении вторым заданным ИВ измеренного ИВ. Технический результат - повышение надежности. 2 ил.

Способ управления инвертором тока, содержащим полностью управляемые вентили, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, измерении мгновенного значения напряжения на нагрузке, определении моментов перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, задании интервала времени, измерении интервала времени между моментами перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, сравнении измеренного интервала времени с заданным интервалом времени, прекращении подачи импульсов управления на вентили при превышении измеренным интервалом времени заданного интервала времени, отличающийся тем, что задают второй интервал времени, очередные импульсы управления подают и очередные вентили включают с опережением относительно моментов перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, а ранее включенные вентили выключают в моменты перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, сравнивают второй заданный интервал времени с измеренным интервалом времени, прекращают подачу импульсов управления на вентили при превышении вторым заданным интервалом времени измеренного интервала времени.