Способ регулирования выходного напряжения резонансного инвертора Советский патент 1990 года по МПК H02M7/523 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке регулируемых автономных инверторов для источников питания установок индукционного нагрева.

Цель изобретения - повышение надежности и устойчивости работы инвертора. .

На фиг. I показано устройство, реализующее способ регулирования напряжения; на фиг. 2-4 - схемы резонансных инверторов, для которых может быть применен данный способ; на

фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие сущность изобретения.

Устройство (фиг. 1) содержит управляемый напряжением задающий генератор 1, две последовательные цепи из первого распределителя 2 импульсов и выходных каскадов 3, а также из блока 4 регулируемой задержки, второго распределителя 5 импульсов и выходных каскадов 6, соединенных с выходом генератора и инвертором 7, датчик напряжения на тиристорах 8, выход которого соединен с входом устройства 9 сравнения, а вход - с инверOi00 4

ч|

тором, датчик 10 времени выключения вентилей, выход которого соединен с входом второго устройства 11 сравнения, а вход - с инвертором, источник 12 опорных напряжений, первый и второй, выходы которого соединены с входами задания напряжения на вентилях и времени выключения устройства сравнения и второго устройства сравнения, сумматор 13, входы которого соединены с выходами устройств сравнения и третьим выходом источника опорных напряжений, выход сумматора через. 1 резистор 14 соединен с входом ключе- вой схемы 15, второй и третий входы которой соединены с четвертым и пятым выходами источника опорных напряжений, а выход ее соединен с конденсатором 16 и управляющим входом задающего генератора, источник 17 задания угла задержки, выход которого соединен с входом устройства 18 выборки-хранения, тактирующий вход которого соединен с выходом логичес-

кого устройства 19 и первым входом компаратора 20, второй вход которого соединен с выходом устройства выборки хранения, а выход - с входом логического устройства, второй выход логи- ческого устройства соединен с четвертым входом ключевой схемы, а выход устройства выборки-хранения соединен также с вторым входом блока регу- 1 лируемой задержки.

Инвертор (фиг. 2) содержит подключенные к входным выводам через дроссель фильтра 21 инверторньй мост на четырех тиристорах 22-25 с вклю

ченными последовательно с ними коммутирующими дросселями 26-29 и коммутирующим конденсатором 30 в диагонали переменного тока, автотрансформатор 31, средняя точка которого связана с анодной группой инверторного моста, возвратные диоды 32 я 33, а также последовательную цепь из конденсатора фильтра 34 и нагрузки 35 и две RC- цепи из сопротивлений 36,. 37 и кон- денсаторов 38, 39, подключенных параллельно обмоткам автотрансформатора, причем катоды возвратных диодов соединены с концами автотрансформатора 31, а аноды - с разноименными вы- водами коммутирующего конденсатора 30 На фиг. 3 приведена схема инвертора с улучшенным КПД и меньшим уровнем высших гармонических составляю

5 0 5

0

5

0

5 .

5

щих в токе нагрузки. При этом нагрузка 35 включена в цепь коммутирующего конденсатора. Автотрансформатор 31 выполнен с вторичными обмотками, которые через вспомогательные диоды 40 и 41 соединены с конденсатором фильтра 34.

Инвертор по схеме фиг. 4 имеет улучшенные массогабаритные показатели за счет включения общего коммутирующего дросселя 42 и нагрузки 35 в цепь постоянного тока моста.

Способ регулирования выходного напряжения инвертора реализуется следующим образом. Тиристоры 23 и 25 (сЬиг. 2) работают с углом задержки РО (фиг. 1) по отношению к тиристорам 32 и 34. Процесс рассматривается с момента времени t0.

Во время очередного цикла работы инвертора в момент ti должно произойти скачкообразное изменение угла задержки ft до уровня /3, . Однако вначале изменяется частота f от уровня ffl до некоторого заданного уровня f, (фиг. 1), а спустя интервал времени (,) происходит скачкообразное изменение угла задержки от уровня Ј0 до f и одновременное с ним изменение частоты от уровня ft до уровня Јг. Первоначальное изменение частоты (до изменения /3) должно разгрузить инвертор по напряжению на вентилях и увеличить паузу в работе инвертора с целью увеличения времени восстановления. В противном случае указанные параметры могут выйти за пределы допустимых для вентилей уровней в процессе регулирования.

До изменения указанного угла задержки напряжение на нагрузке совпадает по фазе с основной гармоникой тока нагрузки (считается, что в интервале времени закончился переходный процесс, вызванный первоначальным изменением частоты от уровня f0 ДО уровня Ј4). При изменении угла задержки 6 и при постоянной частоте ft соответственно задерживается формирование очередного -импульса тока в нагрузке, появляется сдвиг по фазе между напряжением и током нагрузки, что приводит к расстройке нагрузочного колебательного контура и резкому уменьшению напряжения на нем. Прк этом скачкообразно уменьшается на короткое время эквивалентное сопротивление нагрузочного контура (на51534704

грузка представляет собой колебатель- . ный контур), что приводит к увеличению напряжения на тиристорах инвертора и снижает его устойчивость.

Однако одновременно с изменением угла задержки производится изменение частоты инвертирования. Изменение производится в сторону уменьшения сдвига по фазе между напряжением и током. Постепенное дальнейшее изменение частоты в течение переходного процесса позволяет уменьшить скачок фазы между напряжением и током нагрузки, вызванный скачкообразным изменением угла задержки, сократить длительность переходного процесса, уменьшить величину перерегулирования. Далее при возврате частоты контролируют максимальное напряжение на вентилях и время предоставляемое им для восстановления управляющих свойств, сравнивают с допустимыми значениями и формируют сигналы рассогласования между указанными напряжением и временем восстановления и их допустимыми значениями, а частоту возвращает, в Функции этих сигналов к уровню f, при котором напряжение и вреУстройство 19 переводит устройство 1 8 в режим хранения, производит отключение выхода сумматора 13 от входа генератора 1 и подключает пятый выход источника 12 к входу генератора 1. Напряжение U на пятом выходе 12 соответствует частоте инвертора f,. Напряжение на входе 4 остается

JQ равным и«,0и фазовый сдвиг в этом режиме неизменен. Далее устройство 19 переводит устройство 18 в режим выборки и одновременно отключает пятый выход источника 12 и подключает

J5 четвертый выход источника 12 к входу генератора 1 с помощью ключевой схемы 15. Изменяется угол задержки и одновременно изменяется частота инвертора до уровня f. Устройство 19

20 выдает сигнал на отключение четвертого выхода источника 12 и подключение выхода сумматора 13 к входу генератора 1. Сигнал на выходе сумматора 1 3 равен сумме сигналов с третьего вы25 хода источника 12 и сигналов рассогласований с выходов устройств 10 и 11. Происходит разряд конденсатора 16 через резистор 14 от уровня напряжения на четвертом выходе источни-

мя восстановления вентилей не выходят 30 ка 12 уровня суммарного сигна- за пределы допустимых значений (мо- ла на выходе сумматора 13. При этом мент времени t, ).происходит возврат частоты инвертора

Напряжение на вентилях и время вое- 7 в функции напряжений на вентилях становления при этом сохраняют свои и времени восстановления управляющих значения на допустимом уровне и су- ос свойств к уровню f, при котором на пряжение и время восстановления не выходят за пределы допустимых значений.

Инвертор (фиг. 2) работает следу- 40 ющим образом.

При одновременном отпирании тиристоров 22, 25 (или 23, 24) начинается колебательный перезаряд коммутищественно повышается надежность и устойчивость работы инвертора как в переходных, так и в установившихся режимах при регулировании напряжения путем изменения угла задержки.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжения

Устройство 19 переводит устройство 1 8 в режим хранения, производит отключение выхода сумматора 13 от входа генератора 1 и подключает пятый выход источника 12 к входу генератора 1. Напряжение U на пятом выходе 12 соответствует частоте инвертора f,. Напряжение на входе 4 остается

равным и«,0и фазовый сдвиг в этом режиме неизменен. Далее устройство 19 переводит устройство 18 в режим выборки и одновременно отключает пятый выход источника 12 и подключает

четвертый выход источника 12 к входу генератора 1 с помощью ключевой схемы 15. Изменяется угол задержки и одновременно изменяется частота инвертора до уровня f. Устройство 19

выдает сигнал на отключение четвертого выхода источника 12 и подключение выхода сумматора 13 к входу генератора 1. Сигнал на выходе сумматора 1 3 равен сумме сигналов с третьего выхода источника 12 и сигналов рассогласований с выходов устройств 10 и 11. Происходит разряд конденсатора 16 через резистор 14 от уровня на

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева. Цель изобретения - повышение надежности и устойчивости работы инвертора. Способ заключается в изменении времени предвательного разряда коммутирующего конденсатора по цепи, не содержащей нагрузку путем введения угла задержки отпирания одного из двух вентилей, формирующих импульс тока в нагрузке. одновременно с изменением угла задержки изменяют частоту инвертирования. Перед изменением угла задержки изменяют частоту к заданному уровню, а после изменения угла задержки и одновременного с ним изменения частоты контролируют напряжение на вентилях и время для их восстановления. Частоту возвращают к уровню, при котором напряжение на вентилях и время расстановления не выходят за пределы допустимых значений. Повышение надежности и устойчивости работы инвертора достигается снижением перенапряжений и увеличением схемного времени восстановления тиристоров в переходных режимах. 5 ил.

на вентилях и время выключения не пре- рующего конденсатора 30 по цепи 30- вышают допустимых значений. Сигналы 45 29-25-35-34-22-26-30. После переза- с выходов устройств 9 и 11 близки к нулю. Ключевая схема 15 соединяет выход сумматора 13 с входом генератора 1. Напряжение на входе генератора

ряда конденсатора 30 и спада колебательного тока рассмотренной цепи до нуля тиристоры 22 и 25 выключаются. В работе схемы наступает пауза, во 1 соответствует напряжению на третьем 50 время которой ток через нагрузку 35

выходе источника 12, а инвертор 7 работает на частоте Ј0. При изменении сигнала задания угла задержки на выходе срабатывает компаратор 20, так как напряжения на выходах устройства 18 выборки-хранения в этот момент не равны друг другу. Импульсный сигнал с выхода компаратора 20 воздействует на логическое устройство 19.

обеспечивается подзарядом конденсатора фильтра 34 через дроссель фильтра 21 от источника питания. По истечении паузы включаются тиристоры противоположной диагонали (33, 34), процессы в инверторе повторяются. За один цикл работы всех тиристоров 22- 25 в нагрузке формируются периоды выходного переменного напряжения.

При регулировании напряжения на нагрузке вводят угол задержки между моментами отпирания тиристоров катодной группы моста (23 и 25) относительно моментов отпирания тиристоров анодной группы (22 и 24). При этом на интервале задержки происходит частичный разряд коммутирующего конденсатора 30 по цепи, не содержащей нагрузку. В этом случае напряжение на нагрузке 35 оказывается зависимым от угла задержки и уменьшается при его увеличении. I

Например, отпирается тиристор 22. Начинается колебательный перезаряд {конденсатора 30 по цепи 30-33-31-22- 26-30 (конденсатор 30 в этом случае заряжен).В цепь разряда не входит нагрузка 35. Спустя интервал задержки включается тиристор 25 и дальнейший перезаряд продолжается по цепи 30-29-25-35-34-22-26-30. Диод 33 выключается, так как при включении тиристора 25 образуется контур разряда конденсатора фильтра 34 по цепи 34- 31-33-29-25-35-34. После спада колебательного тока контура 30-33-31-22- 26-30 до нуля выключаются тиристоры 22 и 25, а в работе схемы наступает пауза. По истечении паузы включается тиристор 24, а далее процессы по- 1вторяются (работает диод 32), КС-цепи снимают импульс перенапряжения на обмотках автотрансформатора 31 при обрыве обратного тока возвратных диодов 32 и 33 соответственно.

0

5

0

5

Регулирование напряжения в инверторах (фиг. 3 и 4) аналогично рассмотренному.

Формула изобретения

Способ регулирования выходного напряжения резонансного инвертора, заключающийся в изменении времени предварительного разряда коммутирующего конденсатора по цепи, не содержащей нагрузку, путем изменения угла задержки отпирания одного из двух вентилей, формирующих импульс тока в нагрузке, причем одновременно с изменением угла задержки соответственно изменяют частоту инвертирования, а затем в течение переходного процесса возвращают ее, отличающий- с я тем, что, с целью повышения надежности и устойчивости в работе инвертора, задают уровень частоты, перед изменением угла задержки изменяют частоту инвертирования к заданному уровню, а после изменения угла и одновременного с ним изменения частоты инвертирования контролируют максимальное напряжение на вентилях и время, предоставляемое им для восстановления управляющих свойств, сравнивают с допустимыми значениями, формируют сигналы рассогласования между указанным напряжением и временем восстановления и их допустимыми значениями, а частоту возвращают в функции этих сигналов к уровню, при котором напряжение и время восстановления вентилей не выходят за пределы допустимых значений.

-f

21

«4 ;г

2f

4

« vU-4ЈLl

ган-Рг

PJTJ

2S«

HI«2S

;г

23

te2

40 г

57 21 4.

.

+

2f

ФигЛ