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

СЛ

С

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания, например для электротермических установок. Цель изобретения - повышение надежности работы инвертора при регулировании выходной мощности за счет ограничения токов и напряжений тиристоров на номинальном уровне. Способ управления последовательным резонансным инвертором, питаемым от управляемого источника и выполнен

о ю VJ

ю со

Фиг.1

ным в виде тиристорного моста с узлом коммутации и встречно включенного стабилизирующего тиристора, заключается в том, что формируют две сдвинутые на половину периода выходной частоты инвертора последовательности управляющих импульсов, которые подают на тиристоры 2-5 диагоналей моста, и третью последовательность управляющих импульсов, которую подают с фазовым сдвигом на стабилизирующий тиристор 10, В отличие от известного способа управления в соответствии с предлагаемым измеряют выходную мощность, сравнивают с заданной и формируют сигнал рассогласования. НаИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников питания для электротермических установок.

Цель изобретения - повышение надежности работы инвертора при регулировании выходной мощности.

На фиг. 1 и 2 показаны принципиальные схемы вариантов последовательных резонансных инверторов со стабилизирующим тиристором, для управления которыми может применяться предлагаемый способ; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу инвертора; на фиг. 4 -устройство, реализующее способ управления инвертором; на фиг. 5 - регулировочные характеристики инвертора,

Последовательный резонансный инвертор со стабилизирующим тиристором (фиг. 1) содержит подключенный к входным выводам через дроссель фильтра 1 однофазный мост на четырех тиристорах 2-5 с коммутирующим конденсатором 6 в диагонали переменного тока, зашунтиро- ванный последовательной цепью из коммутирующего дросселя с отводом 7 и конденсатора фильтра 8, образующего выходной вывод 9, а также стабилизирующий тиристор 10, подключенный катодом к отводу коммутирующего дросселя 7, а анодом к катодной группе моста.

Другой вариант последовательного резонансного инвертора (фиг. 2) также содержит подключенный к входным выводам через дроссель фильтра 11 однофазный мост на четырехтиристорах 12-15 с последовательной цепью из коммутирующего дросселя 16 и коммутирующего конденсапряжение питания инвертора регулируют в зависимости от сигнала рассогласования от максимального до нижнего предельного уровня, поддерживая при этом фазовый сдвиг между первыми и третьей упомянутыми последовательностями управляющих импульсов на максимальном уровне, равном четверти периода выходной частоты инвертора. После достижения напряжением питания инвертора своего нижнего предельного уровня фиксируют его, дальнейшее регулирование мощности осуществляют за счет изменения фазового сдвига от максимального уровня до нуля. 5 ил.

тора 17 в диагонали переменного тока, за- шунтированный последовательной цепью из второго коммутирующего дросселя 18, конденсатора фильтра 19 и выходных выводов 20, а также стабилизирующим тиристором 21.

Инвертор (фиг. 1) имеет более простую структуру, а в другом инверторе (фиг. 2) в интервалах проводимости стабилизирующего тиристора 21 напряжение на вентилях

12-15 моста ограничивается на низком уровне, что в целом позволяет снизить класс этих приборов в регулируемом преобразователе.

Регулирование выходной мощности инвертора осуществляется за счет изменения угла фазового сдвига т между моментами включения тиристоров 2-5 или 12-15 моста и стабилизирующего тиристора 10 или 21 и

образования замкнутого контура, включающего реактивные элементы и стабилизирующий тиристор 10, (21), отделенного от источника питания. Изменяя момент возникновения указанного контура (фазовый

сдвиг), регулируют выходную мощность от максимального значения практически до нуля.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа управления на примере инвертора по фиг. 1. Для управления ключевыми элементами 2-5, 10 инвертора формируют последовательности импульсов управления тиристорами 2-5 моста и стабилизирующим тиристором 10. Указанные последовательности импульсов поступают на тиристоры 2, 4 и 3, 4 диагоналей моста с фазовым сдвигом в половину периода выходной частоты инвертора, а на стабилизирующий

тиристор 10 с регулируемым фазовым сдвигом т относительно моментов подачи импульсов управления на тиристоры моста 2-5. Для определения (задания) указанного фазового сдвига измеряют выходную мощность и формируют пропорциональный ей сигнал, который сравнивают с сигналом задания выходной мощности. В результате сравнения формируют сигнал рассогласования, в зависимости от которого регулируют напряжение питания инвертора в диапазоне от максимального значения до заданного нижнего предельного уровня, поддерживая при этом фазовый сдвиг г между моментами подачи импульсов управления на тиристоры 2-5 моста и стабилизирующий тиристор 10 на максимальном уровне, равном четверти периода выходной частоты. После достижения напряжением питания нижнего предельного уровня фиксируют его и начинают регулировать угол фазового сдвига между моментами подачи импульсов управления на тиристоры 2-5 моста и стабилизирующий тиристор 10 в диапазоне от максимального значения до нуля, также в зависимости от упомянутого сигнала рассогласования.

Некоторые временные диаграммы, поясняющие процессы, происходящие в силовой части инвертора, приведены на фиг. 3. Их индексы соответствуют позициям элементов силовой части инвертора (фиг. 1),

Для реализации предлагаемого способа управления последовательным резонансным инвертором (фиг. 1 и 2) может использоваться устройство, приведенное на фиг. 4. Оно содержит цепь из задающего генератора 22, блока регулируемой задержки 23 и выходного каскада 24, соединенного с управляющим электродом 25 стабилизирующего тиристора 10.

Выход задающего генератора 22 соединен также с входом распределителя 26 импульсов (выполненного, например, в виде триггера), выходы которого через второй 27 и третий 28 выходные каскады связаны с управляющими электродами тиристоров 2- 5 инвертора. Источник 29 опорных напряжений соединен первым выходом с анодом диода 30, катод которого соединен с входом управления блока 23 регулируемой задержки и катодом второго диода 31, а второй выход источника 29 опорного напряжения - с катодом третьего диода 32, анод которого соединен с анодом четвертого диода 33. Катод четвертого диода 33 соединен с выходом устройства 34 сравнения, первый вход которого соединен с третьим выходом источника 29 опорных

напряжений, а анод четвертого диода 33 соединен с входом блока 35 управления регулируемого источника 36 питания. Регулируемый источник 36 питания подключен к

5 входным выводам инвертора 37, к выходу которого подключена нагрузка 38. Датчик 39 выходной мощности, подключенный к нагрузке 38, соединен с входом усилителя 40 сигнала, подключенного к второму входу ус10 тройства 34 сравнения. Уровень сигнала задания выходной мощности определяется резистором 41, подключенным к входу задания источника 29 опорных напряжений. Устройство, реализующее способ уп15 равления инвертором, работает следующим образом.

Задающий генератор 22, вырабатывает импульсы с частотой, равной удвоенной выходной частоте инвертора 37 (инверторы

0 по фиг. 1, 2 по принципу действия относятся к удвоителям частоты), которые поступают через распределитель 26 импульсов и блок 23 регулируемой задержки на входы трех выходных каскадов 24, 27 и 28. Вь;5 ходные каскады 27 и 28 формируют дсе последовательности импульсов управления тиристорами диагоналей моста инвертора 37 (например, 2, 5 и 3, 4, фиг, 1), сдвинутых по фазе на половину периода

о выходной частоты инвертора 37, обеспечивая периодическое переключение его тиристоров 2, 4 и 3, 4.

В соответствии с сигналом задания выходной мощности, определяемым резистос ром 41, источник 29 опорных напряжений обеспечивает открытое состояние диода 30 и закрытое состояние диода 32. При высоком уровне выходной мощности инвертора 37 сигнал рассогласования на выходе уст0 ройства 34 сравнения мал, диод 33 при этом открыт, а диод 31 закрыт. Сигнал рассогласования между сигналом, пропорциональным выходной мощности с выхода усилителя 40 и сигналом источника 29 опор5 ных напряжений, с выхода устройства 34 сравнения через диод 33 поступает на вход блока 35 управления регулируемым источником 36 питания и обеспечивает изменение напряжения питания инвертора 37 от

Q его максимального значения до заданного минимального предельного уровня.

На вход блока 23 регулируемой задержки при этом поступает напряжение с выхода источника 29 опорных напряжений, обеспе- c чивающее максимальный угол фазового сдвига т между моментами включения тиристоров, моста инвертора 37 и стабилизирующего тиристора 25 (около четверти периода выходной частоты). При изменении сигнала задания мощности с резистора 41

сигнал рассогласования на выходе устройства 34 сравнения возрастает, что приводит к запиранию диода 33 и отпиранию диода 31. При этом отпирается также диод 32, в результате чего на входе блока 35 управления регулируемого источника 36 питания напряжение фиксируется на уровне, соответствующем нижнему предельному уровню напряжения питания инвертора 37. Отпирание диода 31 приводит к запиранию диода 30. Вход блока 23 регулируемой задержки отключается от выхода и через открывшийся диод 31 подключается к выходу устройства 34 сравнения. Поэтому далее угол фазового сдвига г между моментами включения тиристоров 2-5 моста инвертора 37 и стабилизирующего тиристора 10 регу- лируется в зависимости от сигнала рассогласования с выхода устройства 34 сравнения. Регулирование угла фазового сдвига осуществляется в диапазоне от упомянутого максимального значения до нуля. Управление инвертором в соответствии с предлагаемым способом позволяет существенно повысить надежность его работы при регулировании выходной мощности. Это достигается за счет того, что в процессе регулирования мощности инвертора в диапазоне от максимального значения до нуля, токи и напряжения тиристоров инвертора 37 не превышают уровней, соответствующих номинальному режиму работы. Сказанное иллюстрируют кривые выходной мощности Р, максимального напряжения U и тока I тиристоров 2-5 моста инвертора 37 (фиг, 1) в зависимости от угла фазового сдвига т, приведенные на фиг. 5 (даны в относительных единицах к уровням номинального режима). Кривые соответствуют предварительному снижению напряжения -питания инвертора 37 в процессе регулирования на 17% от максимального значения. Несмотря на увеличение уровней максимальных токов I и напряжений U на тиристорах 2-5 в диапазоне регулирования фазового сдвига t они остаются ниже уровней номинального режима, что обеспечивает высокую надежность работы инвертора в целом.

По указанным причинам также увеличивается КПД инвертора, снижаются его весогабаритные показатели, расширяется диапазон регулирования. Кроме того, по

сравнению с преобразователями, в которых регулирование во всем диапазоне изменения мощности осуществляется за счет регулирования выпрямителя, повышается коэффициент мощности сети.

Формула изобретения Способ управления последовательным резонансным инвертором, питаемым от управляемого источника и выполненным в виде тиристорного моста с узлом коммутации и встречно включенного стабилизирующего тиристора, заключающийся в том, что формируют два, сдвинутые на половину периода выходной частоты инвертора

последовательности управляющих импульсов, которые подают на тиристоры диагоналей моста, и третью последовательность управляющих импульсов, которую подают на стабилизирующий тиристор, причем регулируют ее фазовый сдвиг относительно указанных первых двух последовательностей, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы инвертора при регулировании выходной мощности, измеряют выходную мощность и формируют пропорциональный ей сигнал, сравнивают его с сигналом задания и формируют сигнал рассогласования, в зависимости от величины которого регулируют напряжение питания инвертора от максимального значения до заданного нижнего предельного уровня, причем фазовый сдвиг между первыми и третьей последовательностями управляющих импульсов поддерживают при этом

0 на максимальном уровне, равном четверти периода выходной частоты, а после достижения напряжением питания своего нижнего предельного уровня фиксируют его и регулируют фазовый сдвиг между первыми

5 и°третьей последовательностями управляющих импульсов от максимального значения до нуля в зависимости от упомянутого сигнала рассогласования.

i2-S,i-IO

Фиг.5

Фя.2

Фив.4

our

Редактор М.Бланар

0,2ХQ3JTО+Я

сРыгЗ

Составитель А.Чесноков

Техред М.МоргенталКорректор Н.Король