Устройство для управления автономным тиристорным инвертором Советский патент 1979 года по МПК H02P13/18 

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в автономных инверторах напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходпого напряжения.

Известны автономные инверторы напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения, получаемой при помощи трансформатора с секционированными обмотками, который включается на выходе однофазного инвертора, ко вторичной стороне трансформатора через систему соответствующих вентилей подключается нагрузка 1.

Недостатком данного устройства является невысокая надежность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство управления инвертором, содержащее формирователь длительности импульсов, реализованный по вертикально.му принципу, распределитель импульсов и выходные каскады 2. Устройство нредназначено для управления автоно.мным инвертором. Ключевое устройство на первичной стороне формирует разнополярные импульсы регулируемой длительности с частотой, превыщающей выходную

частоту инвертора. Синхронно с работой ключей на первичной стороне работают вентили вторичной стороны, подключающие нагрузку к определенным секциям трансформатора. Функцией системы управления является формпрование импульсов управления, длительность которых равна длительности импульсов формируемого выходного напряжения. Достоинством устройства является естественная коммутация веити,1ей на вторичной стороне, что позволяет испо.чьзовать тиристоры без цепей принудительной коммутации.

Однако естественная ко.ммутация вентилей в указанном типе инверторов возможна лишь при работе на нагрузку с близким к пулевому индуктивным или емкостиым сдвигом основной гармоники выходно1о тока относительно основной гармоники выходного напряжения. Нащная с некоторых граничных значений коэффициентов мощности активно-индуктивной нагрузки, зависящих от числа имиульсов на нолунериоде выходного напряжения и их длительности, на вторичной стороне возможно образование.короткозамкнутых контуров протекания тока, минующих

нагрузку. Указанные режимы являются аварийными.

Цель изобретения - обеспечение надежной работы инвертора на активно-индуктивную нагрузку с пониженными значениями коэффициента MOUIHOCTH.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления автономным тиристорным инвертором, содержащее формирователь длительности импульсов, распределитель импульсов и выходные каскады, дополнительно снабжено датчиком тока нагрузки, фильтром первой гармоники тока нагрузки, нуль-органом с прямым и инверсным выходами, двумя элементами задержки, двумя дифференцирующими цепями и цепями, состоящими из последовательно соединенных элементов совпадения, триггера и второго элемента совпадения, причем выходы вторых элементов совпадения связаны с выходными каскадами соответствующих тиристоров, а вторые входы - с каналами распределителя импульсов соответствующих тиристоров, входы первых элементов совпадения соединены с каналами распределителя, вторые входы первых элементов совпадения цепей, связанных с выходными каскадами тиристоров, соединены через элемент задержки с инверсным выходом нуль-органа, к которому через дифференцирующую цепь подключены вторые входы триггеров этих цепей, а соответствующие элементы остальных дополнительных цепей соединены аналогично через второй элемент задержки и вторую дифференцирующую цепь с прямым выходом нуль-органа.

На фиг. 1 приведена упрощенная схема инвертора, формирующего на нагрузке прямоугольно-ступенчатое напряжение; на фиг. 2 - структурная схема устройства для управления; на фиг. 3 - временные диаграммы, иллюстрирующие принцип действия устройства для управления.

Инвертор состоит из ключей 1-4 на первичной стороне трансформатора, тиристоров 5-10 на вторичной стороне трансформатора, нагрузки (11, 12), в цепи которой находится датчик тока 13.

Устройство для управления содержит формирователь 14 длительности импульсов, распределитель 15 импульсов управления, выходные каскады 16-23, -соответствующие ключам в схеме инвертора, фильтр основной гармоники тока нагрузки 24, нуль-орган 25 с прямым и инверсным выходами, элементы задержки 26, 27, дифференцирующие цепи 28, 29, схемы совпадения , триггеры 38- 41, например, R-S-типа, с двумя устойчивыми состояниями и с двумя информационными входами.

На фиг. 3,а - выходное напряжение инвертора, полуволна которого формируется из пяти импульсов с амплитудами Ai-АЗ.

Длительность и частота следования импульсов в кривой выходного напряжения задаются формирователем 14 длительности импульсов управления. Описываемое устройство 5 предназначено для использования в инверторах с постоянной выходной частотой, поэтому в дальнейщем будем считать частоту выходного напряжения неизменной. Распределитель импульсов 15 осуществляет подачу сформированных импульсов через выходные каскады 16-23 на соответствующие силовые ключи по алгоритму, обеспечивающему формирование на нагрузке квазисинусоидально-го напряжения. Так, для описываемого случая распределитель 15 последовательно посылает импульсы управления на выходные каскады 18-19-20 - 19-18-21-22-23- 22-21 -18 ..., причем вход выходного каскада 16 соединен с входами каскадов 18, 20 и 22, а вход выходного каскада 17 - с входами каскадов 19, 21 и 23.

° Временные диаграммы (фиг. 3,б-ж) иллюстрируют работу устройства управления для случая чисто активной нагрузки. Кривая тока нагрузки в этом случае совпадает с кривой выходного напряжения. На фиг. 3,6 -

5 напряжения на инверсном и прямом выходах нуль-органа 25. На фиг. 3,г-д - эти же сигналы после элементов задержки 26 и 27, величина задержки которых равняется длительности полупериода без длительности одного тактового интервала. На фиг. 3,е-ж- выходное напряжение триггеров 38 и 41. Срабатывание этих триггеров происходит в момент подачи на единичный вход сигнала от схем совпадения 30 и 35, вырабатываемого в момент одновременного поступления

5 двух сигналов на входы элементов 30 и 35. Сброс триггеров 38 и 41 осуществляется при поступлении на нулевой вход каждого положительного сигнала с дифференцирующих цепей 28 и 29. Выходные напряжения триггеров 39 и 40 формируются аналогично,

со сдвигом на один тактовый интервал. В описываемом случае выходные сигналы триггеров 38-41, поступающие на вторые входы схем совпадения 33-37, позволяют реализовать подачу импульсов управления в управляющие цепи силовых ключей и обеспечить нормальную работу инвертора. Подобный алгоритм работы устройства сохранится и в случае слабой индуктивной реакции нагрузки, пока выделенная основная гармоника тока нагрузки, весьма близко совпадающая с кривой тока нагрузки, будет менять знак на интервале первого на полупериоде импульса выходного напряжения.

Рассмотрим случай, когда ток нагрузки

значительно отстает от кривой напряжения

на нагрузке (фиг. 3,а - кривые UH и Зн).

Данное устройство управления препятствует образованию короткозамкнутых контуров протекания тока, минующих нагрузку, меняя алгоритм подачи управляющих импульсов на ключи. На фиг. 3,з-и приведены диаграммы сигналов на инверсном и прямом выходах нуль-органа до элемента задержки, а на фиг. 3,к-л - после задержки. Видно, что импульсы управления на тиристоры, формирующие импульсы напряжения наименьшей амплитуды AI , не поступают, что препятствует восГникновению аварийных режимов. На фиг. 3,м, и - выходные сигналы триггеров 39 и 40, которые, как видно из диаграммы, разрешают формировать импульсы выходного напряжения с амплитудой Аа. Полупериод выходного напряжения в этом случае будет формироваться из трех импульсов с амплитудами Аг и АЗ. При дальнейшем уменьшении коэффициента мош,ности нагрузки выработка импульсов управления будет продолжаться в описанной последовательности. При этом на нагрузку с любым коэффициентом мош,ности осуществляется надежный пуск инвертора.

Зная номинальный диапазон изменения коэффициента мощности нагрузки приемлемого гармонического состава выходного напряжения, можно достичь соответствующим подбором амплитуд импульсов выходного напряжения. Особенно перспективным применение устройства представляется в случае синтезирования кривой выходного напряжения из значительного числа импульсов.

При работе инвертора на LC-фильтр в расчетных режимах работы высокие, значения коэффициента мощности на входе фильтра (или его емкостной характер) достигаются соответствующим выбором элементов фильтра. Однако в переходных режимах или при перегрузке по току возможно резкое уменьшение коэффициента мощности. Применение устройства не только обеспечивает защиту силовой асти, но и позволяет сохранить работоспособность схемы при удовлетворительном гармоническом составе выходного напряжения.

Изобретение позволяет обеспечить надежное функционирование инвертора с постоянной выходной частотой на нагрузку с низкими значениями коэффициента мощности без добавления в силовую схему узлов принудительного запирания тиристоров и без усложнения алгоритма управления, а также позволяет достичь высоких технико-экономических показателей преобразовательного устройства.

Формула изобретения

Устройство для управления автономным тиристорным инвертором с прямоугольноступенчатой формой выходного напряжения, получаемой за счет переключения тиристорами вторичных обмоток трансформатора, содержащее формирователь длительности импульсов, распределитель импульсов и выходные каскады, отличающееся тем, что, с целью обеспечения надежной работы инвертора на активно-индуктивную нагрузку с пониженными значениями коэффициента мощности, оно дополнительно снабжено датчиком тока нагрузки, фильтром первой гармонии тока нагрузки, нуль-органом с прямым и инверсны.м выходами, дву.мя элементами задержки, двумя дифференцирующими цепями и цепями, состоящими из последовательно соединенных элементов совпадения, триггера и второго элемента совпадения, причем выходы вторых элементов совпадения связаны с выходны.ми каскадами соответствующих тиристоров, а вторые входы - с каналами распределителя импульсов соответствующих тиристоров, входы первых элементов совпадения соединены с каналами распределителя, вторые входы первых элементов совпадения цепей, связанных с выходными каскадами тиристоров, сое/яинены через элемент задержки с инверсным выходом нуль-органа, к которому через дифференцирующую цепь подсоединены вторые входы триггеров этих цепей, а соответствующие элементы остальных дополнительных цепей соединены аналогично через второй элемент задержки и вторую дифференцирующую цепь с прямым выходом нуль-органа. Источники информации, принятые во вни.мание при экспертизе

1.Тонкаль В. Е., Липковский К. А., Мельничук А. П. Способы улучи1сния качества выходного напряжения автоном.чых инверторов напряжения. Изд-во ИЭД .ЛИ УССР, Киев, 1972, с. 13--70.

5

2.Заявка .№ 2348827/07, 14.04.76, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.