Способ управления резонансным инвертором Советский патент 1991 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам управления резонансными инверторами, в том числе полумостовыми, мостовыми и многофазны- ми, содержащими соответственно одну, две или больше ячеек из двух последовательно подключенных к источнику питания колебательных контуров, имеющих в своем составе нелинейные дроссели.

Целью изобретения является повышение устойчивости работы инвертора.

На фиг. 1 приведена схема устрой- ства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 - временные диаграммы; на фиг. 3 - дроссель насыщения с поперечной подмагничивающей обмоткой, вариант конструкции.

На фиг.2,а,б показана форма сигналов управления тиристоров, на

316

фиг.2,в - колебания потенциала сред- ней точки при рабочем режиме, на фиг. 2,г - колебание потенциала средней точки при входе в опасный устойчивый режим.

Импульсы управления на ключи колебательных контуров подают IB про- тивофазе и с частотой, составляющей 0,5-0,75 частоты свободных колебаний контуров. Измеряют средние напряжения на контурах стойки. Формируют управляющий сигнал, например ток, пропорциональный разности средних напряжений. Управляющим сигналом воздействуют на дроссель насыщения одного из контуров ячейки, изменяя его индуктивность,. В данном случае управляющий сигнал - это ток подмаг- ничивания, который подают в поперечную обмотку подмагничивания дросселя насыщения того контура, среднее напряжение на котором меньше. При возрастании разности средних напряжений на контурах ячейки ток подмагничивания пропорционально увеличивают, уменьшая индуктивность дрос

селя насыщения, за счет чего ограничивают увеличение разности средних напряжений на контурах.

Перечисленная последовательность операций по управлению работой резонансного инвертора реализуется в устройстве, схема которого показана на фиг.1. Полумостовая схема инвертора содержит два колебательных контура, в состав которых входят ключи с двусторонней проводимостью на основе тиристоров 1V 2, зашунтиро- ванных обратными диодами 3, 4, рабочие дроссели 5, 6 на магнитоводах с зазорами, дроссели 7, 8 насыщения и конденсаторы 9, 10. Колебательные контуры последовательно подключены клеммами 11, 12 к источнику питания Uf так, что между конденсаторами 9, 10 образована средняя точка 13. Нагрузка инвертора включается между точкой 13 и средней точкой 14 источника питания. Рабочие дроссели 5, б имеют дополнительные обмотки 15, 16, имеющие хорошую связь с рабочими обмотками этих дросселей. Обмотки 15, 16 включены на входы соответствующих выпрямителей 17, 18 с LC-фильт- рами 19, 20. На выходе каждого фильт ра включены резисторы 21, 22. Отри- цательные выходные выводы 23, 24 фильтров 19, 20 соединены. Положи

тельные выходные выводы 25, 26 фильтров 19, 20 подключены оба к управляющим входам 27, 28 ключа 29 и входам 30, 31 ключа 32. Кроме того, выводы 25, 26 через выпрямитель 33 подключены на управляющий вход широтно-им- пульсного модулятора 34, управляющего работой импульсных регуляторов 35, 36 напряжения, подключенных клеммами 37, 38 и 39, 40 к источникам питания Ug и U. .Выходы постоянного тока импульсного тока импульсных регуляторов 35, 36 через ключи 29 и 32 подключе- ны соответственно к обмоткам 41, 42

0

5

0

5

0

5

5

0

поперечного подмагничивания дросселей 7, 8 насыщения. Один из возможных вариантов конструктивного исполнения дросселя насыщения с поперечной подмагничивакнцей обмоткой показан на фиг.З. Дроссель выполнен на магнитопроводе из феррита с петлей гистерезиса, близкой к прямоугольной. В центральном стержне магнитопрово- да выполнено продольное отверстие, через которое проходят проводники обмотки поперечного подмагничивания 41 (42). Выходы широтно-импульсного модулятора 34 гальванически развязаны от управляющих входов импульсных регуляторов 35, 36 напряжения.

Импульсы управления на ключи t, 2 подаются с частотой, составляющей 0,5-0,75 частоты колебаний контуров инвертора при отсутствии тока подмагничивания в обмотках 38, 39. В рабочем режиме средние напряжения на колебательных контурах равные (фиг.2,в). Стартовое напряжение на конденсаторе 9 UCT4 при открывании тиристора 1 равно стартовому напряжению UCTIO на конденсаторе 10 второго контура в момент отпирания тиристора 2. Напряжения на обмотках 15, 16 дросселей 5, 6 пропорциональны напряжению на контурах. При помощи выпрямителей 17, 18 и фильтров 19, 20 на резисторах 21, 22 формируется постоянное напряжение, пропорциональное среднему напряжению на соответствующем контуре. Резисторы 21, 22 соединены так, что на выводах 25, 26 имеет место разность постоянных напряжений на этих резисторах} т.е. напряжение, пропорциональное разности средних напряжений на контурах инвертора. В рабочем режиме оно близко к нулю. Ключи 29, 32 закрыты, ток в обмотках 41, 42 подмагничивания не протекает,,

Пусть по какой-либо причине, например вследствие ручной настройки режимов управления инвертора, изменилась фаза сигналов управления тиристорами ячейки. Предположим, что отпирающие импульсы напряжения на тиристоры стойки стали поступать позднее. В этом случае стартовое напряжение Ц.й. на конденсаторе 9

7

меньшем, чем в рабочем режиме (фиг„2,г). Время насыщения дросселя 7 возрастает, уменьшается и амплтуда колебаний в контуре, поэтому к моменту включения тиристора 2 стартовое напряжение ист(0на конденсаторе 10 становится меньше, чем в рабочем режиме. Дроссель насыщения этого контура насыщается быстрее, амплитуда колебаний в контуре выше, чем в рабочем режиме. В результате стартовое напряжение на конденсаторе 9 к моменту отпирания тиристора 1 становится еще меньше. При отсутствии в схеме элементов с 15 по 39 далее постепенно инвертор может переходить в опасное устойчивое состояние, когда на верхнем контуре размах колебаний близок к нулю, а на втором контуре близок к удвоенному напряжению питания.

Однако, как отмечалось выше, на выводах 25, 26 формируется напряжение, пропорциональное разности средних напряжений на контурах стойки инвертора. В рассмотренной ранее ситуации потенциал вывода 26 выше, чем вывода 25. Такое напряжение является отпирающим для ключа 29 и запирающим для ключа 32.

Напряжение с выводов 25, 26 подается на управляющий вход широтно- импульсного модулятора 34 через выпрямитель 33, что делает работу блоков 34, 35, 36 независимой от полярности напряжения на выводах 25 26. Широтно-импульсный модулятор формирует последовательность импульсов, скважность которых зависит от напряжения на его управляющем входе т.е. от величины напряжения в точках 25, 26. Напряжение на гальванически развязанных выходах блока. 34 (условно показаны трансформаторы) совпадает по амплитуде и скважности Таким образом, выходы регуляторов

15

20

25

42561

35, 36 представляют два полностью развязанных источника постоянных напряжений, изменяющихся пропорциональ- с но разности средних напряжений на колебательных контурах ячейки инвертора .

Поскольку ключ 29 открыт, а ключ 32 закрыт, то блок 35 нагружен на 10 обмотку 44, а блок 36 работает вхолостую (при обратном распределении средних напряжений на контурах стойки блок 36 нагружен на обмотку 42,

а блок 35 не нагружен). Ток в обмотке 41 определяется напряжением на выходе регулятора 35 и полным сопротивлением контура (при необходимости могут быть введены токоограничиваю- щие резисторы). Так как напряжение пропорционально разности средних напряжений на контурах, то и ток в обмотке подмагничивания пропорционален указанной разности. Постоянный ток подмагннчивания в обмотке 41 способствует более быстрому насыщению магни- топровода дросселя 7, вследствие чего колебание в контуре в рассматриваемой ситуации заканчивается при большем напряжении, чем в случае отсутствия подмагничивания. Поэтому стартовое напряжение на конденсаторе 10 не столь сильно отличается от рабочего режима, а это препятствует переходу инвертора в опасное устойчивое состояние.

Другой случай. Импульсы управления на ключи колебательных контуров стойки подают в противофазе и с частотой, составляющей 0,5-0,75 часто- 40 ты свободных колебаний контуров. Измеряют средние напряжения на контурах стойки. Формируют управляющий сигнал например ток, пропорциональный разности средних напряжений. Управляющим сигналом воздействуют на нелинейный рабочий дроссель ( определяющий вместе с конденсатором частоту свободных колебаний контуров) одного из колебательных контуров стойки, изменяя его индуктивность. В данном случае управляющий сигнал - это ток подмагничивания, который подают в поперечную обмотку подмагничивания рабочего дросселя того контура, среднее напряжение на котором меньше. При возрастании разности средних напряжений на контурах ячейки ток подмагничивания пропорционально увеличивают, уменьшая индуктивность дросселя. Час-

30

35

45

50

55

тота колебаний в контуре возрастает, за счет чего ограничивают увеличение разности средних напряжений на контурах.

Перечисленная последовательность операций реализуется в устройстве, схема которого совпадает со схемой на фиг.1 с той разницей, что обмотки 41 42 поперечного подмагничивания выпол- йены на рабочих дросселях 5, 6. Конструктивно рабочие дроссели 5, 6 выполнены так, как показано на фиг.З, с той разницей, что между половинками разъемного магнитопровода имеется не- магнитный зазор. Материал магнитопровода рабочих дросселей не обязан обладать прямоугольной петлей гистерезиса.

Устройство работает аналогично описанному в первом случае. Отличие заключается в том, что результатом воздействия тока подмагничивания, протекающего по обмотке 41, является изменение индуктивности ра- бочего дросселя 5, что приводит к изменению частоты свободных колебаний в контуре на некоторую величину, достаточную для компенсации изменения времени насыщения дросселя 7. Так, если среднее напряжение на верхнем контуре уменьшилось, а на нижнем увеличилось, то ток подмагничивания в обмотке 41 при возрастании разности средних напряжений воз- растает, магнитопровод рабочего дросселя 5 в известной степени насыщается, в результате индуктивность дросселя 5 уменьшается.Частота свободных колебаний верхнего контура увеличивается, что компенсирует возрастание времени насыщения дросселя 7 насыщения. В результате колебание в контуре заканчивается при большем напряжении, чем при отсутствии под- магничивания. Поэтому стартовое напряжение на конденсаторе 10 не намного отличается от рабочего режима, что препятствует переходу инвертора в опасное устойчивое состояние.

Третий случай. Импульсы управления на ключи колебательных контуров стойки подают в противофазе и с час- тотой, составляющей 0,5-0,75 частоты свободных колебаний контуров. Из- меряют средние напряжения на контурах ячейки. Формируют управляющий сигнал, пропорциональный разности средних напряжений. Управляющим сигналом воздействуют на конденсатор переменной емкости (определяющий вместе с рабочим дросселем частоту свободных колебаний контуров) одного из колебательных контуров стойки, изменяя его емкость. В данном случае характер управляющего сигнала определяется типом переменного конденсатора. Пусть изменение его емкости достигается механическим перемещением обкладок, управляющим сигналом является сила, осуществляющая это перемещение. Для ее создания может быть использован электромагнит, положение якоря которого зависит от тока в обмотке. R этом случае схема на фиг. IjmecTO обмоток 41, 42 подмагничивания содержит обмотки электромагнитов, якори которых механически связаны с подвижными частями конденсаторов 9, 10 таким образом, что при увеличении тока в обмотках электромагнитов емкость конденсаторов уменьшается. Устройство работает аналогично описанному в предыдущем случае, с той разницей, что изменение частоты свободных колебаний производится за счет изменения емкости конденсаторов контуров. Пусть среднее напряжение на верхнем контуре уменьшилось, на нижнем увеличилось. Ток в обмотке электромагнита, якорь которого связан с подвижной частью конденсатора 9, увеличился Емкость конденсатора 9 уменьшается, частота свободных колебаний в контуре возрастает, что компенсируе возрастание времени насыщения дросселя 7 насыщения. Этим достигается повышение устойчивости рабочего режима устройства.

В качестве электромагнита, выполняющего перечисленные выше функции, может быть использовано известное устройство, применяемое в электромагнитных измерительных приборах.

В приведенных примерах управляющим сигналом воздействуют на дроссель или конденсатор только контуры с меньшим средним напряжением. Между тем, возможно такое применение предлагаемого способа, где управляющим сигналом воздействуют на контур с большим средним напряжением. В этом случае ток подмагничивания дросселя при возра- стании разности средних напряжений уменьшают, а подвижная часть конденсатора переменной емкости должна быть связана с якорем соответствую-

щего электромагнита таким образом, чтобы при возрастании тока в обмотке электромагнита емкость конденсатора увеличивалась.

Коммутация обмоток 41, 42 осуществляется нужным образом при смене проводимости входных транзисторов клю- чей 29, 32. Если ключи 29, 32 выполнены на единственном транзисторе, как это показано на фиг.1, то со сменой их на транзисторы другой проводимости требуется также изменить полярность напряжения на выходе регуляторов 35, 36. I

Таким образом, описываемый способ управления позволяет повысить устойчивость рабочего режима инвертора . при изменении фазы управляющих сигналов, подаваемых на ключи ячейки.

Формупа изобретения Способ управления резонансным инвертором, содержащим одну или несколь- ко ячеек из двух последовательно подключенных к источнику питания колебательных контуров, заключающийся в том, что управляющие импульсы на ключи колебательных контуров подают в

0 противофазе и с частотой, составляющей не менее половины частоты собственных колебаний колебательных контуров, отличающийся тем, что, с целью повышения устой5 чивости работы резонансного инвертора, измеряют среднее напряжение на обоих колебательных контурах ячейки и у контура с меньшим значением среднего напряжения уменьшают

0 параметры его элементов или у контура с большим значением среднего напряжения увеличивают параметры его элементов.

Фиг. 2

-X

v

ПгЗ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователям с резонансными колебательными контурами. Цель изобретения - повышение устойчивости работы резонансного инвертора. Устройство, реализующее данный способ, содержит два колебательных контура, в состав которых входят ключи с двухсторонней проводимостью 1, 2, зашунтированных диодами 3, 4, дроссели 5, 6 на магнитопрово- дах, дроссели 7, 8 насыщения, конденсаторы 9, 10. Колебательные контуры подключены к источнику питания и к клеммам 11, 12 так, что между конденсаторами 9, 10 образована средняя точка 13. Нагрузка инвертора подключена между точкой 13 и средней точкой 14 источника питания. Дроссели 5, 6 имеют дополнительные обмотки 15, 16, имеющие связь с рабочими обмотками этих дросселей. Обмотки 15, 16 включены на входы соответствующих выпрямителей 17, 18 с LC-фильтрами 19, 20. Принцип действия устройства состоит в том, что изменяют среднее напряжение на контурах ячейки, формируют управляющий сигнал, пропорциональный их разности, которым далее воздействуют на параметры дросселей 5, 6 или конденсаторов 9, 10 таким образом, что для контура с отрицательной разностью их уменьшают, а при положительной увеличивают. 3 ил. §