Способ управления инвертором Советский патент 1991 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках питания индукционных установок.

Цель изобретения - повышение КПД инвертора при работе на изменяющуюся нагрузку.

На фиг, 1 а, б представлены примеры принципиальных схем инверторов соответственно с удвоением и без удвоения частоты, в которых может быть применен способ управления; на фиг. 2 - функциональная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие сущность способа управления инвертором,

Инвертор по фиг. 1 а содержит связанные с входными выводами через дроссель 1 фильтра тиристорный мост на четырех т иристорах 2-5 с коммутирующим дрсссолем -3, нагрузкой 7 и коммутирующим кондемпьт. :- ром 8 в диагонали переменного гока. а т;-х- же две последовательные цепи из конденсатора 9 фильтра, защитного дросселя 10 и стабилизирующего тиристора 11 и дросселя 12. Инвертор резонансного типа. Период выходной частоты инвертора Т определяется полным циклом работы тиристоров 2-5 (инвертор без удвоения частоты).

Инвертор по фиг, 1 б содержит связочный с входными выводами через дгоссе.м 13 фильтра и коммутирующий дроссел;. Ki тиристорный мост на четырех тиристопах 15-18 с коммутирующим конденсатором 19 в диагонали переменного тока. Меж/ v точкой соединения дросселей 13 и 1- и о; Г1--цп- тельным входным выводом включат.;

с-.

ivO f г/

- - -- л

I Jy д

1 г- ,-,

последовательная цепь из нагрузки 20, дросселя 21 и конденсатора 22 фильтра, а также стабилизирующий тиристор 23. Между анодной группой моста и точкой соедине- ния дросселя 21 и конденсатора 22 включена последовательная цепь из конденсатора 24 и отсекающего диода 25, точка соединения которых связана с отрицательным входным выводом через дополнительный дроссель 26. Наличие указанной цепи обеспечивает жесткость внешней характеристики при изменении сопротивления нагрузки в сторону уменьшения, За цикл работы всех тиристоров 15-18 в нагрузке 20 получают два полных периода выходного напряжения (инвертор с удвоением частоты).

Устройство для реализации способа (фиг. 2) содержит управляемый задающий генератор 27, распределитель 28 импульсов, подключенный к выходу задающего генератора и входам формирователей 29 и 30 импульсов, выходы которых соединены с входами выходных каскадов 31 и 32, соединенных с инвертором 33, датчики 34 напряжения на коммутирующем конденсаторе и датчик 35 тока тиристоров, выходы которых соединены с входами суммирующего элемента 36. Выход элемента 36 подключен к входу блока 37 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал уставки от источника 38 задания. Выход блока 37 соединен с управляющими входами задающего генератора 27, ключевого элемента 39 и блока 40 регулируемой задержки. Вход элемента 39 соединен с выходом задающего генератора 27, а выход - с входом блока 40, выход которого соединен с входом формирователя 41 импульсов. Выход формирователя 41 соединен с входом выходного каскада 42, выход которого связан с управляющим электродом стабилизирующего тиристора в инверторе.

Способ управления инвертором реализуется следующим образом.

Допустим, что инвертор (фиг. 1а) работает без паузы, т.е. сразу после прекращения колебательного тока коммутирующего контура инвертора, включающего дроссели 6 и 10, нагрузку 7 и конденсаторы 0 и 9, и выключения тиристоров одной из диагоналей моста (например, 2 и 5) включаются тиристоры (например, 3 и 4) второй диагонали. Ток через нагрузку 7 и коммутирующий конденсатор 8 имеет вид, показанный на фиг. 36. Положение импульсов управления тиристорами моста показано на фиг. За. Каждым импульсом тока коммутирюущий конденсатор 8 перезаряжается и форма напряжения на нем имеет вид, показанный на фиг 3 в.

При этом напряжение на коммутирующем конденсаторе 8 изменяет знак через 0,25 Т периода выходной частоты инвертора после каждого отпирания тиристоров 2.5 или 3,4

диагоналей моста. Если инвертор работает на номинальную нагрузку, то напряжение на элементах и потери минимальны. Инвертор имеет максимальный КПД

Изменение сопротивления нагрузки,

0 например, в сторону уменьшения приводит к возрастанию добротности коммутирующего контура, раскачке напряжения на JUP- ментах и токов через них, а такж° увеличению потерь. При включении стгби5 лизирующего тиристора 11 образуется замкнутый контур циркуляционного перезаряда коммутирующего комдета тр-э 8 - контур, включающий тиристоры л С. 1 1, дроссели 6, 12 и нагрузку 7 или гиристор

0 3, 4, 11, дроссели 6 и 12 и нагрузку 7 не содержащий источник питания Сушестео- вание указанного контура повышайг вход ное сопротивление инвертора при изменении нагрузки и обеспечивает требу5 емую жесткость внешней характеристики. При том изменение сопротивле ния нагру :- ки п} иодит к уменьшению пот г, -Ьлсния и i веотором энергии от источника питания 1 потери в элементах возрастают на мепьцд.и

0 зна бние.

Жесткость внешней характеристики зависит от коэффицирнтз (.згпределении индуктивности в схеме инвер 0ра К LG/(MO + Le) и значения индуктивности дросселя 12

5 Li2. При этом Li2 следует выбора гь достаточно малой, чтобы обеспечить 1 почено обратного напряжения на выключизшихсч тиристорах в пределах 20-30 Р (наиболее оптимальный уровень обратною магр же0 ния на тиристорах в интервале восс гаиовле- ния управляющих свойств). Фгктиче- м I. влияния на процессы в коммутирующем контуре не оказывает. Уменьшение К обеспечивает большую жесткость внешней АСГ

5 рактеристики и более высоки 1 КПД фи работе инвертора на нагрузку, отличающуюся от номинальной. Однако в этси случае в номинальном режиме через ста6ил - иру- ющий тиристор протекает существенный

0 циркуляционный ток, снижая вы/одну о мощность и повышая суммарные потери и элементах. КПД инвертора оказывается низким. В данном способе в номинальном режиме стабилизирующий тиристор не

5 включают (импульсы управления на ьего не подаются).

Коэффициент К аыбирают из требований получения наибольшей жссткоит внешней характеристики инвертора при работе на изменяющуюся HCгрузку, Зядаку

разрешенный диапазон токов и напряжений, в котором импульсы управления на стабилизирующий тиристор не подаются При работе в разрешенном диапазоне минимум потерь в элементах поддерживают путем регулирования частоты в функции измеренных тока тиристоров моста и напряжения на коммутирующем конденсаторе 8 Этим же обеспечивается жесткость внешней характеристики.

При возрастании указанных параметров частоту подачи импульсов управления снижают до минимального значения После достижения предельных значений в функции указанных тока и напряжения начинают уменьшать фазовый сдвиг г между моментами подачи импульсов управления на тиристоры 2-5 и моментом подачи импульса управления на стабипизирующий тиристор 11 от 0,25 Г до 0 (в наиболее неСлаюприят- ном режиме при нафузке максимально отличающейся от номинальной) Изменение иллюстрируется диаграммами на фиг Зг д е, ж, где показано положение импульсов управления стабилизирующего тиристора 11 и циркуляционного тока через него

Если импульс управления поступающий на тиристор 11 сдвинут по зо на угол т, близкий к 0,25 Т, то коммутирующий конденсатор 8 практически перрзарлжем (фиг Зв, г, д), поэтому стабилизирующий тиристор 11 включается на короткое время и приводит незначительный цир. уляционнь и ток. Влияние на процессы в инверторе циркуляционного тока незначительно и потери от него несущественны Однако , сткость внешней характеристики пэвыша тся

Дальнейшее уменьшение т приводит к увеличению длительности проводчщсго состояния тиристора 11 и амплитуды тока через него (фиг. 3 в, ж), возрастает входное сопротивление инвертора и снижаются потребление энергии от источника питания и потери в элементах инвертора При этом циркуляционный ток зависит от режима всегда минимально возможен, что обеспечивает низкие потери в элементах и высокий КПД инвертора. Измеренные ток и напряжение являются наиболее представительными параметрами, контроль которых позволяет оптимально контролировать соотношение выходная мощность - мощность потерь.

Устройство для реализации способа функционирует следующим образом

Управляемый задающий генератор 27 вырабатывает импульсы с периодом Т, которые через распределитель 28 подаются на формирователи 29 и 30 и через выходные

каскады 31 и 32, усиливающие импульсы до требуемой амплитуды, на тиристоры диагоналей моста инвертора 33. Формирователи 29 иЗО служат для формирования импульсов 5 необходимой длительности, обеспечивающей экономичное и надежное включение тиристоров инвертора 33 Если напряжение на коммутирующем конденсаторе и ток тиристоров инвертора 33 ниже нижних пре0 дельных уровней, что соответствует номинальному режиму работы инвертора, элемент 39 отключает выход задающего генератора 27 от входа блока 40. При этом запрещена подача импульсов управления

5 на стабилизирующий тиристор Г возрастанием напряжения на коммутирующем конденсаторе или тока тиристоров моста инвертора 33, когда режим работы инвертора не соответствует номинальному, что вы0 зывается, например, изменением сопротивления нагрузки от поменянного значение для инвертора 33, возрастают сигналы на выходах датчиков 34 и 35, следовательно, и на выходе эпемента 36 и блока 37

5 Если при этом напряжение на коммутирую щем конденсаторе и ток тиристоров мен и.е верхних предельных уропнии, элемент 3 находится в исходном состоянии и выход генератора 27 отключен от входа блока 40

0 Импульсы управления на стабилизирующий тиристор не поступают Регупиоуется е 4 м1- кции измеренных напряжени т и го м мтгто та задающего генератора 27 по сигналу рассогласования между напряжением с выЬ ода элемента 36 и нгпряжением с иь-лодг источника 38 и с выхода блока 37 При этом с возрастанием тока и напряжения чзстоги генератора 27 снижаете1 и наоборот.

При превышении напряжением us ком0 мутирующем конденсаторе или током тиристоров верхних предельных уровней, что соответствует более высокому уровню сигнала на выходе блока 37, эпемонт 39 подключает выход генератора 27 к входу о/ю-а

5 40. Импульсы генератора 27 через блок 40, формирователь 41 и выходной каскад 2 поступают на стабилизирую дни тиристор. Далее осуществляется регулирование в функции измеренных тока и напряжения уг0 ла фазового сдвига г между моментами отпирания тиристоров моста и стабилизирующего тиристора по сигналу с выхода блока 37 Уровень сигнала на выходе блока 37, соответствующий моменту сраба5 гывания элемента 39, обеспечивает задержку импульсов генератора 27 блоком 40 на 0,25 Т. Дальнейшее увеличение сигнала на выходе блока 37 при возрастании напряжения на коммутирующем конденсаторе или тока тиристоров моста приводит к уменьшению фазового сдвига т в диапазоне от 0,251 доО.

При использовании описанного способа КПД инвертора при работе на изменяющуюся нагрузку повышается на 5-7%. Во всех возможных режимах работы минимизируется ипи OTL.VTCгвует циокуляционный

ТОК, ПрОП : 1Ю ЦИЧ ЧОрОЗ СЛ абиЛИЗИруЮЩИЙ

тиристор В результате по/,церхивается оптимальное соотношение выходная мощ- ность - мощчс .ть потерь при требуемой жесткости в1 шней характеристики. При этом жесткость внешней характеристики может быть повышена так как коэффициент распредеп-знич пндумивностей К в схеме может иметь меньшее значение при сохранении выходной мощности и КПД на самом высоком (позмохном) уровне в номинальном режиме

Повышаете так-ке надежность работы инвертор- и . мсммчаотся установленная мощность ооор/дль ни за счет более жесткой ВИРИРУЙ /аракгеристики в диапазоне изменрнич параметров нагрузки и выполнения инвертора но заданную мощность. Формула изобретения Способ упражнении инверторгм, содер жащим шрисм рныи мост с ког- тирующим конденсатором и стабилизирующим тиристором заключающийся втом, TO фор- мируют импульсы управления и подают их на тиристоры диагоналей моста с фазовым сдвигом в половину периода Т выходной

частоты инвертора и на стабилизирующий тиристор с фазовым сдвигом относительно моментов подачи импульсов управления на тиристоры моста, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД инвертора, задают нижние и верхние предельные уровни напряжения на коммутирующем конденсаторе и тока тиристоров моста, измеряют напряжение на коммутирующем конденсаторе и ток тиристоров моста, сравнивают измеренные величины с заданными предельными уровнями, если измеренные напряжение и ток меньше нижних предельных уровней, запрещают подачу импульсов управления на стабилизирующий тиристор, если измеренные величины выше нижних и ниже верхних предельных уровней, регулируют в функции измеренных напряжения и тока частоту подачи импульсов управления тиристорами моста, причем при возрастании тока и напряжения частоту уменьшают и наоборот, если измеренные напряжение или ток выше верхних предельных уровней, фиксируют частоту подачи импульсов управления тиристорами моста на достигнутом уровне, разрешают подачу импульсов управления на стабилизирующий тиристор, регулируют в функции измеренных тока и напряжения значение фазового сдвига г в пределах 0,25 Т т , причем с возрастанием напряжения или тока величину т уменьшают.

а

о-- 49иг.1