Способ регулирования выходного напряжения двухмостового автономного инвертора с резонансной нагрузкой Советский патент 1988 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых автономных инверторах, работающих как на ивдивидуальную нагрузку, так и в системе централизованного питания индукционных нагревателей, т.е. на нагрузку, обладающую резонансными свойствами.

Цель изобретения - повышение быстродействия регулирования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема двухмостового инвертора и, устройства управления этим инвертором для осуществления способа; на фиг.2- осциллограммы токов инвертирующих мостов ij , i. , тока нагрузки if, и напряжения на нагрузке U для нулевого фазового сдвига (а, б, в) и соответствующие диаграммы при наличии угла регулирования /з между управляющими импульсами инвертирующих блоков и одновременного фазового сдвига импульсов управления обоих мостов в сторону отставания ,на угол д (г, д, е).

Устройство для реализации способа содержит инвepтиp oщиe блоки 1 и 2, выходные за:гкимь которых подключены параллельно к общей резонансной нагрузке 3 (колебательному контуру), и систему з правления; состоящую из задающего генератора 4, выход которого через фазосдвигающ1 е блоки 5-7 связан с формирователями 8 и 9 импульсов управления, подаваемых на ytt- |равляемые вентили (тиристоры) мостов инвертирз ющих блоков 1 и 2, цепи 1,0 управления углом фазового сдвига, )подключенну о к управляющему входу фа- зосдвигающего блока 6 и.входу усилителя 11 непосредственно, а к управляющему входу фазосдвигающего блока 7 через аналоговый инвертор 12, и фазового детектора 13, входы которого через компараторы 14 и 15 соеди- й:ены соответственно с выходами датчи- J«a 16 суммарного выходного тока инвертирующих блоков 1 и 2 и датчика 17 выходного напряжения. Фазовый детектор 13 включает в себя блок 18 инди- Кации опережения-отставания, компаратор 19 и источник 20 опорного напряжения, представляющие собой эле- :Иекты формирования логического сигнала, причем выход блока 18 индикации Опережения-отставания присоединен к Одному из входов компаратора 19, к Другому входу которого .юдключен ис- гочник 20 опорного напряжения, и

элементы 21 формирования аналогового сигнала. Усилитель 1I содержит, блок 22 изменения знака коэффициента уси- г ления, выход которого соединен с входом блока 23 регулирования коэффициента усиления, причем к выводам управления знаком 24 и коэффициента 25 усиления подключены соответственно

0 выходы компаратора 19 и элемента 21 формирования аналогового сигнала фазового детектора 13, а выход усилителя 11 соединен с.управляющим входом фаз о с двигающего блока 5.

5 Способ осуществляют следующим образом.

Пусть фазосдвигающие блоки 6 и 7 первоначально работают с нулевым фа- . зовым сдвигом по отношению друг к дру0 гу. Выходные импульсы этих блоков

усиливаются соответственно формирователями 8 и 9 и подаются на тиристоры инвертирующих блоков 1 и 2. При такой расстановке импульсов управления ин5 верторные мосты 1 и 2 работают син- фазно и формируемые ими в нагрузке 3 токи не имеют фазового сдвига (этот режим работы иллюстрируется осциллограммами, приведенными на фиг. 2а,б,

0 в). Ток и напряжение в нагрузке в общем случае в установившемся режиме имеют фазовьш сдвиг с/, который зависит от настройки резонансного нагрузочного контура. Для случая, изоб5 раженного на фиг. 2в, имеет место отставание по фазе тока относительно напряжения, т.е. реакция нагрузочного контура - индуктивная.

При введении и изменении угла фа0 зового сдвига (угла регулирования /}) в работе инвертирующих блоков внеш- НИИ управляющий сигнал 10 подается на управляющий вход фазосдвигающего устройства 6 и через аналоговый инвер5 тор 12 с противоположной полярностью - на зттравляющий вход фазосдвигающего устройства 7, что обеспечивает сдвиг по фазе моментов включения тиристоров инвертирующих блоков 1- и

1 2 в противоположных направлениях,Одно временно сигнал 10, усиленный усилителем 11, изменяет фазу импульсов от задающего генератора 4 на угол 0 в фазосдвигающем блоке 5. Направление и скорость этого изменения уста5

навливаются соответственно знака и величиной коэффициента усиления усилителя 11, задаваемыми выходными сигналами 24 и 25 фазового детектора

13, на входах которого действуют преобразованные компараторами 14 и 15 в логические сигналы, поступающие с датчика 16 выходного тока инвертора и датчика 17 напряжения на контуре нагрузки 3.

В качестве фазового детектора используется комбинация двух типов детекторов . Блок 21 формирования аналогового сигнала вьфабатывает аналоговый сигнал 25 напряжения, пропорциональный величине угла фазового сдвига между током и напряжением на контуре нагрузки. Детектор 13 чувствите лен только к относительному положению фронтов входных сигналов, В зависимости от того, до или после возникновения фронта -токового сигнала появляется фронт напряжения, уровень напряжения на выходе блока 18 будет соответственно ниже или выше опорного напряжения, вырабатываемого блоко 20 и, следовательно, на выходе 24 компараторе 19 возникает сигнал логического нуля или логической единицы.

Усилитель 11 включает в себя два блока, один из которых - блок 22, является усилителем с изменяемым знаком коэффициента усиления, а другой-, блок 23, - с регулируемой величиной коэффициента усиления.

При наличии на выходе 24 фазового детектора 13 логического нуля, что имеет место в случае отставания по фазе выходного тока инвертора относительно его выходного напряжения, т.е. при индуктивной расстройке нагрузочного контура 3, сигнал цепи 10 управления углом фазового сдвига передается на выход усилителя 11 без инвертирования знака. Следовательно, при увеличении сигнала цепи 10 управления (введении угла ) с целью снижения выходного напряжения инвертора возрастающее напряжение на управляющем входе фазосдвигающего устройства 5 вызывает фазовый сдвиг 8 импульсов задающего генератора 4 и, следовательно, импульсов управления инверторных мостов 1 и 2 в сторону отставания по фазе со скоростью, пропорциональной величине расстройки нагрузочного контура 3. Это приводит к динамическому снижению частоты тока и уменьшению напряжения инвертора, а также к еще большей расстройке контура в индуктивную сторону, благо

5

0

0

5

0

5

0

5

даря чему ускоряется переход к достижению требуемого более низкого вьтод- ного напряжения.

При указанном способе регулирования ток i инвертирующего блока 1 сдвинут по фаз е на угол б + V в сторону отставания, а ток L инвертирующего блока 2 - на угол О - у в сторону, опережения, причем l4 il IVjl (фиг. 2г, д). В результате суммарный угол регулирования р ц/ + ц и ток в нагрузке 1|ц, равный геометрической сумме токов 1 и ij, оказываются сдвинутыми относительно напряжения на угол , т.е. в сторону большего отставания (фиг. 2е).

Если угол (Ь уменьшается с целью повьшения выходного напряжения инвертора (снижается управляюпщй сигнал 10), то сдвиг импульсов задающего генератора 4 производится в сторону опережения по фазе за счет уменьшения напряжения на выходе усилителя 11 и на управляющем входе фазосдвигающего устройства 5. В результате повышается частота и ускоряется достижение требуемого более высокого напряжения.

При емкостной реакции нагрузочного контура фронт тока опережает фронт напряжения. Следовательно, на выходе 24 фазового детектора I3 формируется сигнал логической единицы. Усилитель 11 становится инвертирующим, поэтому направление фазового сдвига 6 и изменение частоты противоположны описанным.

Таким образом, полярность и уровень выходного напряжения усилителя 11 (знак и величина угла б) и, следовательно, направление и скорость одновременного сдвига по фазе моментов включения тиристоров обоих ин- верторных мостов зависят от характера и глубины расстройки нахфузочного контура 3, что позволяет повысить быстродействие систем автоматического регулирования напряжения электротехнологических установок с питанием от вентильных преобразователей частоты.

Формула изобретения

Способ регулирования выходного напряжения двухмостового автономного инвертора с резонансной нагрузкой, состоящий в том, что формируют две синхронные последовательности импуль

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к тиристорньЫ преобразователям частоты для питания установок индукционного нагрева, ультразвуковой технологии и других видов электротехнологии. Целью изобретения является повышение быстродействия. В данном способе при регулировании напряжения на резонансной нагрузке автономного инвертора путем суммирования в нагрузке токов при изменении угла фазового сдвига в работе двух управляемых общим задающим генератором инвертирующих блоков за счет сдвига по фазе моментов включения тиристоров мостов обоих блоков в противоположных направлениях, формируют аналоговый сигнал, пропорциональный величине угла фазового сдвига между выходными током и напряжением инвертора, цифровой сигнал, отражающий относительное положение точек их перехода через нуль. Дополнительно производят одновременный сдвиг по фазе моментов включения тиристоров обоих инверторных мостов путем фазового сдвига импульсов задающего генератора на угол, величину которого устанавливают пропорционально значению аналогового сигнала, а знак формируют цифровым сигналом. 2 ил. (Л с q: С с