Способ управления параллельным инвертором тока со стабилизирующим диодом Советский патент 1991 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано в источниках питания повышенной частоты для электротехнологических установок.

Цель изобретения - повышение устойчивости и надежности работы инвертора за счет повышения точности стабилизации времени выключения тиристоров и уменьшения перенапряжений на элементах в процессе управления (в частности, при -пуске инвертора).

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления; на фиг. 2 - примеры реализаций функциональных преобразователей, входящих в состав устройства для управления инвертором; на фиг. 3 - зависимости изменения времени выключения тиристоров при пуске параллельного инвертора со стабилизирующим диодом и управлении его разными способами.

о о

со о

Устройство, реализующее способ управления инвертором, выполненным в виде подключенного через дроссель 1 фильтра тиристорного моста на четырех тиристорах 2-5 с коммутирующим дросселем 6 и парал- лельной цепью из компенсирующей емкости 7 и активно-индуктивного потребления (8, 9) в диагонали переменного тока, зашуи- тмрованного стабилизирующим диодом 10, содержит датчик 11 тока стабилизирующего дмода 10, датчик 12 тока нагрузки 8, 9 в диагонали переменного тока, датчик тока 13 компенсирующей емкости 7, датчик напряжения 13 на нагрузке 8, 9, подключенный параллельно компенсирующей емкости, первый 15 и второй 16 функциональные пре- обрэзова -ели, последовательные цепи из нуль-органа 17, формирователя 18 импульсов упоав 1енмя тиристорами 2-5, источника

19задзы/я уставки и блока 20 аналогового деления. Выходы датчика 11 токя стабилизирующего диода 10 и нуль-органа 17 соединены с первым и вторым входами первого функционального преобразователя 15 соответственно, выход которого подключен к входу сздчния коэффициента деления блока

20аналогового деления. Выходы датчиков тока 12 Не грузки 8, 9, тока 13 компенсирующей емкости 7 л напряжения 14 на нагрузке

8 и 9 соединены соответственно с первым. вторым и третьим входами функционального преобразователя 16, четвертый вход которого подключен к выходу блока 20 аналогового деления, а выход - к входу нуль-органа 17, Выход нуль-органа 17 сое- динен также с входом формирователя 18 импульсоз управления тиристорами, связанного с управляющими электродами тиристоров 2-5 инвертора.

Споссб управления параллельным ин- вертором гока со стабилизирующим диодом 10 рэзлизуется следующими действиями. В работе инвертора со стабилизирующим диодом 10 полупериод выходной частоты можно вьделить три интервала линейно- сти, характеризующихся включенным и вы- ключеннум состояниями тиристоров 2-5 и диода 10: интервал, когда проводят ток все тиристоры 2-5 моста инвертора при запертом состо шии стабилизирующего диода 10, интервал совместной проводимости тиристоров диагонали моста 2, 5 или 3, 4 и стабилизирующего диодэ 10 и инвервал проводимости тиристоров диагонали моста 2, 5 или 3, 4. На каждом полупериоде в течение последнего интервала линейности работает очередная пара тиристоров 2, 5 или 3,4. Интервал, соответствующий времени включения тиристоров 2-5, равен второму интервалу линейности и времени

проводимости стабилизирующего диода 10. Функцию соединительной цепи в инверторе выполняет коммутирующий дроссель 6.

На выходе датчика 11 тока стабилизирующего диода 10 сигнал присутствует в течение интервала проводимости диода 10. Указанный сигнал поступает на первый вход функционального преобразователя 15, который формирует напряжение а, пропорциональное времени проводимости стабилизирующего диода и, следовательно, времени to, представляемого для выключения тиристоров 2-5:

а ДЬ , где Д- коэффициент пропорциональности.

На выходах датчиков 12-14 формируют сигналы, пропорциональные мгновенным значениям тока нагрузки iH, тока компенсирующей емкости 1С и напряжения нагрузки Uc. Эти сигналы поступают на первый, второй и третий входы второго функционального преобразователя 16. На четвертый вход функционального преобразователя 16 поступает сигнал напряжения с блока 20 аналогового деления, сформированный в соответствии с выражением /3 (КаХт3/с),

где К- коэффициент пропорциональности; t3 - уставка времени выключения; с - величина компенсирующей емкости. При этом напряжение, соответствующее зависимости

у Ктз/с,

формируется источником 19 задания уставки и подается на вход блока 20 аналогового деления, а напряжение а. - на вход задания коэффициента деления того же блока. На выходе функционального преобразователя 16 формируется управляющее напряжение, представляющее собой периодический сигнал с удвоенной частотой напряжения на нагрузке 8 и 9 инвертора (Sic-2SiH)+SUc y(Sic-2SiH)/a +SUC

(lc-2|H),

где S - переключающий сигнал, принимающий значения +1 или -1 на интервалах положительного и отрицательного напряжения на нагрузке 8, 9 соответственно.

Нуль-орган 17 регистрирует полярность управляющего напряжения, а формирователь 18 при каждом изменении полярности управляющего напряжения с положительной на отрицательную выдает отпирающий импульс на тиристоры соответствующей диагонали 2, 5 или 3,4. Синхронизация работы первого функционального преобразователя 15 с остальной частью системы осуществляется по сигналу на его втором входе, поступающей с нуль-органа 17.

Вариант реализации функциональных преобразователей 15 и 16 приведен на фиг. 2. Так, например, функциональный преобразователь 15 содержит последовательную цепь из усилителя 21, вход которого соответствует первому входу преобразователя 15, ограничителя 22 сигнала, элемента 2И 23, счетчика 24 с входом уставки, цифроана- логового преобразователя 25, устройства 26 выборки-хранения с управляющим входом и генератора 27 тактовых импульсов, подключенного к второму входу элемента 2И 23. Управляющий вход устройства 26 выборки-хранения соединен с входомуставкисчет- . чика 24 и с вторым входом функционального преобразователя 15.

Функциональный преобразователь 15 работает следующим образом.

Сигнал, поступающий на его первый вход, усиливается до требуемого уровня усилителем 21 и формируется ограничителем 22 сигнала до уровня, требуемого для элемента 2И 23. Усилитель 21 и ограничитель 22 сигнала, таким образом, согласуют сигналы датчика 11 тока стабилизирующего диода 10 и элемента 21/1 23. На второй вход элемента 2И 23 поступают импульсы гене- ратора 27. Эти импульсы проходят на выход элемента И 23 только при наличии сигнала на выходе ограничителя 22, т.е. во время проводимости стабилизирующего диода 10. Счетчик 24 считает импульсы с элемента 2И 23. При этом код на выходе счетчика 24 соответствует числу импульсов, поступивших на счетный вход счетчика 24 и, на каждом полупериоде работы инвертора, времени выключения тиристоров to. Цифро- аналоговый преобразователь 25 преобразует код на выходе счетчика 24 в напряжение, которое поступает на вход устройства 26 выборки-хранения. Устройство 26 выборки- хранения переходит в режим выборки по сигналу с второго входа функционального преобразователя 15 при каждом очередном отпирании тиристоров 2, 5 или 3, 4 соответствующей диагонали. Этим же сигналом после выборки устройства 26 осуществляется сброс счетчика 24 в нулевое состояние. Все остальное время устройство 26 выборки- хранения находится в режиме хранения. Таким образом, на выходе функционального преобразователя 15 в каждый полупериод П выходного напряжения имеется сигнал на- пряжения

сф} A to(n-1},

пропорциональный времени выключения тиристоров to(n-1) на предыдущем полупериоде выходного напряжения п-1.

Функциональный. преобразователь 16 содержит переключатель 28 полярности, входы которого соединены с первым, вторым и третьим входами преобразователя 16, з выходы - с входами блока 29 умножения, разностного блока 30, первым входом сумматора 31. Выход разностного блока 30 соединен с входом блока 32 умножения, выход которого подключен к второму входу сумматора 31, а вход задания коэффициента умножения блока 32 умножения соединен с четвертым входом преобразователя 16. Вход задания коэффициента умножения блока 29 умножения соединен с выходом блока 32 задания.

Работает преобразователь 16 следующим образом. Переключатель 28 полярности осуществляет поканальное переключение полярностей входных сигналов н, ic, Uc в момент изменения полярности напряжения на нагрузке Uc. Переключатель 28 может быть выполнен, например, с использованием нуль-органа, регистрирующего полярность напряжения нагрузки 8, 9 и каналов переключения полярности. Каждый канал выполнен с использованием двух противофазных ключей и инвертирующего звена, причем ключи, управляемые нуль-органом, подают на выход канала прямой или инвертированный входной сигнал канала. Таким образом, на выходах переключателя 28 полярности имеются сигналы SIH, Sic, SUC. На выходе блока 29 умножения имеется сигнал 2Sin, на выходе разностного блока 30 - сигнал SiC-2SiH, на выходе блока 32 умножения - сигнал (K/a}t3(SiC-2SiH)/c, на выходе сумматора 31 -управляющее напряжение

U | t3{S|C-2SiH)/c+SUc (|С-2,„) .

Это напряжение поступает на выход функционального преобразователя 16,

Способ управления параллельным инвертором тока со стабилизирующим диодом обеспечивает высокую устойчивость и надежность работы инвертора за счет более точной стабилизации времени выключения тиристоров при изменении нагрузки, в пусковых режимах и поддержания минимальной реактивной мощности инвертора при его работе.

На фиг, 3 приведены зависимости времени выключения тиристоров при пуске. Кривые соответствуют предварительному заряду компенсирующей батареи 7 до напряжения 0,7 от номинального значения, входному току инвертора 0,1 от номинального л номинальному сопротивлению нагрузки 3,9. Видно, что при пуске инвертора.

управляемэго по способу, выбранному за прототип (ом. кривую 2), время выключения to может сокращаться более чем вдвое по сравнению с номинальным режимом. Это может прь вести к срыву инвертирования. Для исключения этого явления приходится завышать предварительный заряд компен- сирующей батареи и входной ток инвертора, что приводит к перенапряжениям на элементах в процессе пуска. При управле- нии по описанному способу время выключения to (кривая 1 на фиг. 3) в ходе пуска практически не снижается за ечет коррекции функцлональной зависимости управляющего напряжения от измеряемых токов и напряжения нагрузки по фактическому времени выключения.

Перечисленные преимущества позволяют уменьшить установленную мощность элементов инвертора за счет минимизации реактивной мощности в установившихся и переходных режимах и установленную мощность пускового устройства за счет обеспечения возможности запуска при более низких начальных условиях (напряже- нии компенсирующей батареи, входного тока), а также - упростить пусковое устройство.

Формула изобретения

Спосоэ управления параллельным инвертором тока со стабилизирующим диодом, подключенным через соединительную цепь к нагрузке в виде колебательного контура, образованного паралле льно включенными активно-индуктивным потребителем и компенсирующей емкостью С, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения тока 1Н и напряжения Uc нагрузки, тока компенсирующей емкости 1С, задают уставку времени выключения тиристоров т.3 и формируют периодически изменяющееся управляющее напряжение U, а очередное включение тиристоров инвертора тока осуществляют в момент перехода мгновенного значения указанного управляющего напряжения через нуль, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости и надежности работы инвертора, измеряют время проводимости стабилизирующего диода, предоставляемое для восстановления управляющих свойств тиристоров, и формируют сигнал а, пропорциональный указанному времени, формируют переключающий сигнал. S ±1, описывающий состояние тиристоров, причем изменение его знака осуществляют в момент изменения полярности указанного напряжения Uc нагрузки, а управляющее напряжение U формируют в соответствии с выражением

и-(1с-21„)4- , где К - коэффициент пропорциональности.

Изобретение относится к электронике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано в источниках питания повышенной частоты для электротехнических установок. Целью изобретения является повышение устройчивости и надежности работы инвертора за счет повышения точности стабилизации времени включения тиристоров и уменьшение перенапряжений на элементах в процессе управления (например, при пуске инвертора). Способ управления параллельным инвертором тока со стабилизирующим диодом заключается в том, что измеряют мгновенные значения тока 1н и напряжения UH нагрузки 8,9, а также тока компенсирующей емкости (С) 7, задают уставку времени выключения t3 тиристоров 2-5 и формируют периодически изменяющееся управляющее напряжение U. Очередное включение тиристоров 2-5 производят в момент перехода мгновенного значения управляющего напряжения U через нуль. В отличие от известного способа управления осуществляют измерение времени проводимости стабилизирующего диода 10 и пропорционально этому времени формируют сигнал а. Формируют также переключающий сигнал S ±1, описывающий состояние тиристоров 2-5. Управляющее напряжение формируют в соответствии с kt3 выражением U -(ic-2iH). Данный способ управления позволяет уменьшить установленную мощность элементов инвертора за счет минимизации реактивной мощности в установившихся и пусковых режимах. 3 ил. 00

0-О 2 4 6 в п

Фиг.д

(Риг. 2