Способ управления многоячейковым последовательным инвертором Советский патент 1992 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках питания электротехнологических установок.

Известен способ для управления инвертором путем формирования переменного напряжения постоянной частоты, измерения выходного параметра инвертора, формирование сигнала поиска экстремума выходного параметра, для чего умножают переменное напряжение и выходной параметр, суммирования полученного сигнала с сигналом задания частоты инвертора и преобразования результирующего сигнала в частоту управляющих импульсов инвертора.

Недостатком известного способа управления последовательным инвертором является низкая устойчивость работы инвертора

на изменяющуюся нагрузку, так как при возрастании сопротивления нагрузки и в процессе управления инвертором сокращается время, предоставляемое тиристорам инвертора для восстановления управляющих свойств, что может привести к срыву инвертирования.

Наиболее близким к изобретению является способ управления многоячейковым последовательным инвертором, который заключается в формировании импульсов управления стабильной частоты, подаче их на тиристоры диагонально расположенный инверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока и изменении при регулировании выходного параметра фазового сдвига F1 между моментами подачи импульсов управления

сл со сл о

СА)

на тиристоры мостов, расположенных в плечах инвертора в интервале F1(180, 0} по отношению к периоду выходной частоты.

Недостатком способа управления многоячейковым последовательным инвертором является низкая устойчивость работы последовательного инвертора на изменяющуюся нагрузку, так как при возрастании сопротивления нагрузки и в процессе управления сокращения время, предоставляемого тиристорам инвертора для восстановления управляющих свойств, что может привести к срыву инвертирования.

Цель изобретения - повышение устойчивости работы инвертора,

Указанная цель достигается тем, что используют способ управления многоячейковым последовательным инвертором, состоящим из тиристорных инверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, заключающийся в том, что формируют импульсные последовательные по числу инверторных мостов с постоянной частотой, которые для диагонально расположенных мостов инвертора сдвигают друг относительно друга на величину фазового сдвига F1 и для каждого инверторного моста их распределяют и подают на управляющие переходы соответствующих тиристоровинвертора, отличающийся тем, что формируют сигналы, пропорциональные напряжению на коммутирующем конденсаторе и на входе инвертора, формируют сигнал рассогласования между ними, пропорционально которому формируют величину фазового сдвига F1,

На чертеже приведена схема многоячейкового последовательного инвертора с источником питания.

Инвертор содержит соединенные с входными выводами две параллельные ветви из двух последовательно соединенных тиристорных мостов 1,11 и III, IY на четырех тиристорах 1-4 с коммутирующими конденсаторами 5 в диагоналях переменного тока, между которыми включен коммутирующий дроссель 6(7) с выводом от средней точки, зашунтированный с каждым из тиристорных мостов диодом 8-11, блок 12 управления с устройством 13, последовательную цепь из датчика 14 напряжения на коммутирующем конденсаторе, фильтра 15 и устройства 16 сравнения, выход которого соединен с входом устройства регулируемой задержки, датчик 17 напряжения на входе инвертора, зыход которого подключен к второму входу устройства сравнения. Нагрузка 18 подключается к отводам коммутирующих дросселей, Для обеспечения возможности отвода излишней энергии от

контура коммутации инвертора необходимо, чтобы источник питания инвертора представлял собой источник ЭДС, Эту функцию может выполнять выпрямитель с индуктивно емкостным фильтром V. Причем емкость конденсатора фильтра должна быть в 10-15 раз больше емкости коммутирующего конденсатора. Кроме того, показаны элементы 19-25, представляющие выпрямитель

0 с блоком управления (25), дроссель 26 фильтра, конденсатор 27 фильтра.

Многоячейковый последовательный инвертор работает следующим образом.

При работе в номинальном режиме, ког5 да сопротивление нагрузки 18 равно номинальному значению, осуществляется попарное одновременное включение тиристоров диагоналей мостов 1, IY и II, III. Полный цикл работы инвертора определяется

0 частотой управления тиристорами 1-4 мостов 1-IY и состоит из двух периодов. В течение каждого периода полный интервал работы разделяется на шесть участков (интервалов). При этом в каждом полупериоде

5 процессы повторяются за исключением того, что работают разные тиристоры и диоды инверторных мостов. Рассмотрим процессы в полупериоде работы, соответствующем включению тиристоров 1 и 4 мостов 1, IY.

0 Первый интервал. При отпирании тиристоров 1 и 4 начинается колебательный перезаряд коммутирующих конденсаторов 5(1) и 5(IY) по цепи 5(1) - 4(1)-6(1)-18-7(1 Y)- 1(IY)-5(IY)-4(IY)-27-1(1)-5(1). Цифры в скобках

5 обозначают принадлежность элемента соответствующему инверторному мосту. Элементы 6(1), 7(1) части коммутирующих дросселей (до отвода) 6,7, участвуют в работе соответствующих мостов в номинальном

0 режиме. Ток через нагрузку 18 протекает в направлении, условно принимаемом за положительное. При нарастании колебательного тока напряжение на 6(1) и 7(IY) уменьшается и в момент максимума тока

5 становится равным нулю. Далее ток контура начинает спадать и напряжения на элементах 6(1) и 7(1) изменяют знак. Как только сумма напряжения на 6(1) - U61, нагрузке 18-U18, 7(IY)-U7IY станет выше напряже0 ния источника питания (напряжения на конденсаторе фильтра 27)-U27 (положительное для диодов 9, 10), включаются диоды 9,10 U61+U18+U7IYXJ27.

При этом тиристоры 1(1), 4(1), 1(IY), 4(IY)

5 выключаются. С момента выключения тиристоров начинается второй интервал работы. Второй интервал. Ток через нагрузку 18 продолжает протекать в положительном направлении и поддерживается за счет энергии, накопленной в электромагнитном поле

коммутирующих дросселей 6(l), 7(IY) на первом интервале работы. Ток протекает по контуру 6((1 Y)-10-27-9-6(1). При этом электромагнитная энергия дросселей 6(1), 7(1 Y) расходуется в нагрузке 18 и частично возвращается источнику питания V (в конденсатор фильтра 27). В нормальном режиме работы инвертора через диоды 9,10 протекает небольшой ток, а второй интервал имеет малую длительность. С уменьшением сопротивления нагрузки 18 амплитуда тока диодов 9,10 возрастает. Возврат энергии от контура коммутации в источник питания обеспечивает жесткость нагрузочной характеристики (отсутствие раскачки напряжений и токов элементов) при изменении сопротивления нагрузки 18 в сторону к.з. Изменение сопротивления нагрузки 18 в сторону х.х. (возрастание) приводит к снижению интенсивности электромагнитных процессов, дальнейшему уменьшению токов диодов 9,10 (8,11) и длительности второго интервала. Наконец, начиная с некоторого значения сопротивления 18, этот интервал может исчезнуть совсем. Данный режим работы характеризуется снижением напряжения на конденсаторах 5(1), 5(IY) 5(ll), 5(lll). Напряжение U5 становится ниже напряжения на входе инвертора U27. При этом сокращается время, предоставляемое тиристором для восстановления управляющих свойств. При возрастании сопротивления нагрузки 18 снижается по этой причине устойчивость работы инвертора. Диоды 9 и 10 проводят ток до тех пор, пока не израсходуется электромагнитная энергия дросселей 6(l), 7(IY). Далее диоды 9 и 10 запираются. Начинается третий интервал работы инвертора.

Третий интервал. Он характеризуется бестоковой паузой (не проводят тиристоры и диоды инвертора). Через нагрузку 18 в этом интервале ток не протекает.Пауза в работе инвертора необходима для увеличения времени, предоставляемого тиристорам для восстановления управляющих свойств. Пауза может отсутствовать. Тогда полупериод состоит из перв ого и второго интервалов.

По истечении паузы включаются тиристоры 1,4 мостовII, III, и через нагрузку 18 начинает протекать отрицательный ток. Процессы во втором полупериоде аналогичны описанным выше. При этом работают противофазные части коммутирующих дросселей 6(И), 7(Ш)и диоды 8,11.

Второй период начинается с момента включения тиристоров 2(l), 3(l), 2(IY), 3(IY) мостов I, IY. Ток через нагрузку 18 снова протекает в положительном направлении.

Датчиками напряжений на коммутирующем конденсаторе 14 и на входе инвертора 17 постоянно измеряются напряжения. Сигнал с выхода датчика 14 поступает на вход

фильтра 15, который служит для сглаживания динамических толчков напряжения на коммутирующем конденсаторе 5. Сигналы с выходов фильтра 15 и датчика 17 напряжения на входе инвертора поступают на входы

0 устройства 16 сравнения. Сигнал рассогласования с выхода подается на вход управления устройства регулируемой задержки 13 блока 12 управления, в соответствии с которым блок 12 управления смещает фазу

5 F1 импульсов управления инверторных мостов I, Ill относительно импульсов и мостов I, IYOT противофазной работы к синфазной F1(180,0). При синфазной работе MY одновременно включаются тиристоры диагона0 лей всех мостов.

Если напряжение на коммутирующем конденсаторе 5 U5 существенно больше напряжения на входе инвертора U27 (на 15- 50В) U5XJ27, то тиристоры инверторных

5 мостов I, IY и II, III включаются в противофа- зе. При уменьшении разности напряжений U5 и U27 уменьшается сигнал на выходе устройства 16 сравнения и фазовый сдвиг между моментами включения тиристоров

0 диагоналей мостов I, IY и II, III. Уменьшение разности напряжений U5-U27 происходит, например, из-за возрастания сопротивления нагрузки 18 и снижения интенсивности процессов в инверторе за счет ухудшения

5 условий перезаряда коммутирующих конденсаторов 5. При уменьшении FI возникают дополнительные контуры перезаряда коммутирующих конденсаторов 5 по цепям, включающим элементы мостов I, II и III, IY,

0 не содержащих нагрузку 18 и не зависящих от ее сопротивления. В результате поддерживается достаточная для надежной и устойчивой работы инвертора разность напряжений U5 и U27 в широком диапазоне

5 изменения сопротивления нагрузки 18 от к.з. до х.х. Тиристоры пар мостов I.IY и II, III при этом включаются всегда одновременно, что обеспечивает минимальное число межкоммутационных интервалов на периоде в

0 процессе управления. В результате инвертор устойчиво работает в широком диапазоне изменения параметров нагрузки 18.

Способ управления инвертором реализуется следующими действиями.

5 Формируются импульсы управления тиристорами стабильной частоты. Эти импульсы подаются на тиристоры диагонально расположенных инверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока. При регулировании

выходного параметра регулируют фазовый сдвиг F1 между импульсами управления диагонально расположенными тиристорами мостов в интервале F1(180,0), Импульсы управления на соответствующие тиристоры диагональных мостов подаются всегда одновременно, что обеспечивает минимальное число коммутаций вентилей инвертора. Постоянно измеряют напряжения на коммутирующем конденсаторе одного из инвер- торных мостов и на входе инвертора. Эти напряжения сравниваются и формируются в соответствии с разностью напряжений сигнала рассогласования. По указанному сигналу дополнительно изменяют фазовый сдвиг между моментами включения тиристоров диагональных мостов от противофазной работы к синфазной F1(180, 0), т.е. с уменьшением сигнала рассогласования уменьшают угол фазового сдвига.

Датчик напряжения на коммутирующем конденсаторе может быть выполнен на основе трансформатора напряжения с выпрямителем. Блок 12 управления с устройством 13 регулируемой задержки выполняется

как, например, в серийном преобразователе СНГ,

Формула изобретения

Способ управления многоячейковым

последовательным инвертором, состоящим из тиристорных ийверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, заключающийся в

том, что формируют импульсные последовательности по числу инверторных мостов с постоянной частотой, которые для диагонально расположенных мостов инвертора сдвигают одна относительно другой на величину фазового сдвига F1, и для каждого инверторного моста их распределяют и подают на управляющие переходы соответствующих тиристоров инвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения

устойчивости в работе инвертора, формируют сигналы, пропорциональные напряжению на коммутирующем конденсаторе и на входе инвертора, формируют сигнал рассогласования между ними, пропорционально

которому формируют величину фазового сдвига F1.

Способуправления многоячейковым инвертором, состоящим из тиристорных ин- верторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, заключающийся в том, что формируют импульсные последовательности по числу инверторных мостов с постоянной частотой, которые для диагонально расположенных мостов инвертора сдвигают друг относительно друга на величину фазового сдвига F1 и для каждого инверторного моста их распределяют и подают на управляющие переходы соответствующих тиристоров инвертора, формируют сигналы, пропрцио- нальные напряжению на коммутирующем конденсаторе и на входе инвертора, формируют сигнал рассогласования между ними, пропорционально которому формируют величину фазового сдвига F1. 1 ил. (Л С