Устройство для управления инвертором с @ резонансными нагрузками Советский патент 1988 года по МПК H02M7/48 

фи5.1

Изобретение относится к электро- т|ехнике и может быть использовано в cticTBMax питания группы индукционных нагревателей,.обеспечивающих единый технологический процесс.

Цель изобретения - повьпиение ус- т|ойчивости работы устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - вре- . манные диаграммы напряжений и токов в схеме на выходе соответствующих эпементов.

Устройство для управления инвертором 1 (фиг. 1) с тремя резонансными нагрузками 2,3,4 (в данном случае ) содержит задающий генератор 5 и три канала 6,7,8 для синхронизации задающего генератора 5, Каждый из каналов 6,7,8 состоит из датчика 9 напряжения, подключенного к соответствующей нагрузке (2, 3 или 4), и фазо- сцБИгающего устройства 10, связывающего выход датчика 9 напряжения с со- ответствзлоишм входом аналогового ком- мутатора 11, выход которого через усилитель-ограничитель 12 и дифференцирующую цепь 13 связан с входом синхронизации задающего генератора 5. Кроме того, в устройстве имеются логический элемент НЕ 14, логический эпемент ЮТИ 15, 1К-триггер 16, дополнительная дифференх ирующая цепь 17 и элемент 18 задержки. Вход логического элемента НЕ и вход I 1К-триггера соединены с выходом усилителя-ограничителя 12, выход логического элемента НЕ 14 соединен с| входом К 1К триггера 16 и входом д{ополнительной дифференцирующей це- п|и 17, выходы 1К-триггера 16 предназ- н|ачены для подключения к выходным кас к|адам формирования управляющих им- л|ульсов для тиристоров инвертора 1 (|На схеме эти каскады не показаны), Е|ход синхронизации задающего генератора 5 соединен с выходом логическо- rio элемента ИЛИ. 15, входы которого подключены к выходам диф(1)еренцирующ11Х г|епей 13 и 17, а выход задающего ге йератора 5 через реле времени 18 свя- со счетным входом 1К-триггера 16, Очетньш вход аналогового коммутатора 11 соединен с одним из вькодов 1К т|риггера 16 через счетчик 19о

Устройство работает следующим об- piaaoM.

Инвертор 1 нагружен на три последовательно соединенные резонансные

0

с

|0

5 0 5 Q

5

45

50

5

нагрузки 2, 3, 4, состоящие из индукторов и батарей компенсирующих конденсаторов.

Через резонансные нагрузки 2, 3, 4 протекает один и тот же выходной ток инвертора i, (фиг. 2). Поскольку резонансные нагрузки 2, 3, 4 настроены на различные частоты, подача мощности в индукторы происходит поочередно за счет поочередной синхронизации импульсов задающего генератора 5 и вместе с ними полуволн выходного тока с напр.яжениями нагрузок 2, 3, 4. При синхронизации импульсов задающего генератора 5 с напряжением какой-либо нагрузки данная нагрузка построена в резонанс с выходным током инвертора и на ней падает максимальное напряжение, на остальных- нагрузках присутствует небольщое напряжение, которое при добротностях 5...10, характерных для высокотемпературных индукционных нагревателей, не превышает 10...20% от напряжения настроенной в резонанс нагрузки. Поочередная настройка инвертора 1 на различные нагрузки происходит благодаря переключению каналов синхронизации импульсов задающего генератора 6, 7, 8 с напряжениями нагрузок 2, 3, 4 при переключении каналов аналогового коммутатора 11. Переключение каналов происходит в моменты вступления на счетный вход коммутатора 11 выходных импульсов счетчика 19 (моменты t и ц на фиг. 2). Длительность работы очередного канала син;хронизации управляется путем предварительной записи в счетчик 19 числа в двоичном коде, соответствующего необходимому количеству периодов выходного тока инвертора 1. Запись этого числа в счетчик 19 производится от внещней системы управления, например, от микроЭВМ.

Регулирование мощности, вьщеляе- мой в нагрузках, осуществляется за счет управления фазовым сдвигом, вносимым фазосдвигающими устройствами 10 в сигналы напряжений нагрузок, поступающие с вькодов датчико 9, Благодаря сдвигу фаз, между выходным током ин- дертора ig,|,,j и напряжением соответствующей нагрузки мощность, вьщеля- емая в индукторе, уменыпается в соответствии с частотной характеристикой параллельного резонансного контура. Управление фазовым сдвигом устройств

10 производится по.сигналам внешней системы регулирования, которая, например, состоит из датчика температуры нагреваемого объекта, задатчи- ка сравнивакщего устройства и регулятора, выход которого соединен с управляющим входом фазосдвигающего устройства 10.

Таким образом, на интервале рабо- ты одного из каналов коммутатора 11 на вход усилителя-ограничителя (релейного усилителя) 12 поступает сдвинутый по фазе сигнал напряжения соответствующей резонансной нагрузки (на фиг. 2 сдвиг фаз для нагрузок 3 и 4 взят равным нулю). На выходе усилителя-ограничителя 12 формируется сигна прямоугольной формы, фронты которого совпадают с моментами перехода через ноль сигнала с коммутатора 11.

.Дифференцирующие цепи 13 и 17 формируют короткие импульсы, синхронные с фронтами выходного сигнала усилителя-ограничителя 12, причем импуль- сы на выходе дифференцирзпощей цепи 13 соответствуют положительным, а импульсы на выходе дифференцирз щей цепи 1 7 - отрицательным фронтом выходного сигнала усилителя-ограничителя 12. Две последовательности коротких импульсов, синхронных с фронтами импульсного сигнала усилителя-ограничителя 12, суммируются элементом ИЛИ 15 и поступают на вход синхронизации задающего генератора 5, в результате чего последний формирует короткие импульсы в моменты перехода через ноль выходного сигнала включенного канала синхронизации (на интервале tQ-t( включен канал 6). Элемент 18 задержки (одновибратор) формирует импульсы нулевого уровня длительностью TQ, в течение которых импульсы задающего генератора 5 не оказывают воздействия на счетньй вход 1К-триггера 16 и не приводят к формированию импульсов управления тиристорами инвертора 1.

Величина Т выбирается не мень- шей, чем время, необходимое для коммутации инвертора и не больше, чем

мйко Д мйкс максимальная резонансная частота нагрузок. Для параллельного инвертора Т 3...5tg где to - время восстановления тиристоров, для резонансного инвертора по схеме фиг. 1 Т 1,5 , где L и С - индуктивность и емкость ком

мутирующего контура. Таким образом элемент 18 задержки осуществляет функцию запрета формирования управляющих импульсов в течение интервала - времени после каждой коммутации, которое может привести ксрыву инвертирования, либо к формированию полупериода выходного тока инвертора 1 в противофазе с напряжением нагрузки, в которую должна отдаваться мощность. В частности, следующий после момента t, импульс задающего генератора не проходит на счетный вход 1К-триггера 16, что предотвращает срьш инвертирования. Импульс, следующий после момента t также попадает в интервал Т-„ и игнорируется 1К-триг- гером 16, в противном случае переключение триггера не привело бы к коммутации инвертора (так как в момент подачи импульса все плечи моста включены) , что означает сбой в работе системы, а именно, подачу последующего импульса на уже включенную диагональ моста,

Тахсже необходимым для форьшрования полупериодов выходного тока, синфазных с напряжением на нагрузке, являются связи входов I и К 1К-триггера с элементами 12 и 14, благодаря которым определенной полярности напряжения нагрузки, с напряжениями которой синхронизируется инвертор, всегда соответствует подача управляющих импульсов на диагональ инвертора, обеспечивающую формирование тока дан- .кой полярности.

В частности, второй импульс, сле- цующий с задающего генератора 5 после момента t , проходит через элемент 18 задержки, однако не может переключить триггер 16, так как при его поступлении (отрицательньш фронт выходного сигнала ) на 1-входе еди- ничньш, а на К-входе - нулевой уровни и триггер остается в единичном состоянии, 1К-триггер 16 переключается по следующему ш-шульсу, и становится возможным формирование синфазной полуволны тока i,,, .

Таким образом, изобретение исключает при скачках фазы выходного тока инвертора в моменты переключения ка- налов потерю синфазности (скачек фазы тока на 180 цо отношению к напряжению нагрузки), что повьш1ает устойчивость работы инвертора.

Ф;ормула изобретения

1

I Устройство для управления инвер- с п резонансными нагрузками содержащее синхронизирукнций задаю- 1ЦИЙ генератор, ана.поговый коммута- ip, выход которого через усилитель- раничитель и дифференцирующую цепь шзан с входом синхронизации задаю- щфго генератора, а каждый из п входо ;алогового коммутатора предназначен Я подключения к соответствующей на узке через последовательно соеди- :нные датчик напряжения нагрузки и .зосдвигающий блок, о т л и ч а - щ е е с я тем, что, с целью повыл

ния устойчивости работы устройства, о снабжено логическим элементом НЕ, гическим элементом ИЛИ, 1К-триг- 20

гером, дополнительной дифференцирующей цепью и элементом задержки, причем вход логического элемента НЕ и вход I 1К-триггера соединены с выходом усилителя-ограничителя, выход логического элемента НЕ соединен с входом К 1К-триггера и входом дополнительной дифференцирующей цепи, выходы 1К-триггера предназначены для подключения к выходным каскадам формирования управляющих импульсов для тиристоров инвертора, вход синхронизации задающего генератора соединен с выходом логического элемента ИЛИ, вхо ды которого подключены к выходам диф- ференцируюищх цепей, а выход задающего генератора через элемент задержки соединен со счетным входом 1К-триг гера.

Изобретение относится к преоЬра- зовательной технике и может использоваться в системах управления тиристор- ными преобразователями для многозонного индукционного нагрева. Устройство содержит инвертор 1, резонансные нагрузки 2, 3, 4, задающий генератор 5, каналы синхронизации 6, 7, 8, состоящие из датчика напряжения 9 и фазо- сдвигающего устройства 10, аналого- вьш коммутатор 11, усилитель-ограничитель 12, дифференцирующзчо цепь 13. Цель изобретения - расширение области использования и повьшение устройства в работе. За счет введения элемента НЕ 14, элемента Ш11Л 15, IK- триггера 16, дифференцирующей цепи 17 и одновибратора 18 исключаются потери синфазности при скачках фазы выходного тока инвертора в моменты переключения каналов. 2 ил. «5