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 выходного напряжения.

Известны автономные инверторы напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения, получаемой при помощи трансформатора с секциони- рованными обмотками, который подключается на выходе однофазного инвертора к вторичной стороне через систему соответствующих вентилей. Недостатком такого устройства является узкий диапазон регулирования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для управления инвертором с секционированным трансформатором, содержащее формирователь длительности импульсов, реализованный по вертикальному принципу, и распределитель импульсов угфавления. Устройство предназначено для управления авгономиым инвертором

Ключевое устройство по первичной стороне формирует разнополярные импульсы регулируемой длительности с частотбй, 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 формирование импульсов управления, длительность которьтх равна длительности импульсов формируемого выходного напряжения. Однако естественная коммутация вентилей в указанном инверторе возможна лишь при работе на нагрузку с близким

5 к нулевому индуктивным или же с емкостным сдвигом основной гармоники выходного тока относительно основной гармоники выходного напряжения. Начиная с некоторых граничных значений коэффициентов

0 мощности активно-индуктивной нагрузки, зависящих от числа импульсов на полупе- риоде выходного напряжения и их длительности, на вторичной стороир возможно образование крроткозамкнутых контуров про текания тока, минующих нагрузку. Указан ные режимы являются аварийными. Целью изобретения является расширение диапазона работы инвертора на актив но-индуктивную нагрузку с пониженными значениями коэффициента мощности. Это достигается тем, что предлагаемое устройство для управления автономным тир ристорным инвертором напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения с числом уровней на полупериоде, равным N , содержащее г.енератор тактовых импульсов, связанный че рез генератор опорного напряжения с Ком паратором, выход которого присоединен к логическому распределителю управляющих импульсов, присоединенный к компаратору источник ведущего сигнала, регистр, вход которого связан с генератором тактовых импульсов, и связанный с регистром реве сатор, прямой и инверсный выходы которого присоединены к логическому распределителю управляющих импульсов, дополнительно снабжено датчиком нуля тока нагрузки, двумя дифференпирующими цепями, элементом ИЛИ, триггером рекуперации и ( Н -2} каналами, каждый из которых содержит два триггера и три элемента И, причем вход элемента ИЛИ свл- зан с прямым и инверсным выходами реверсатора через дифференцирующие цепи, а вь1ход - с 1 -входом триггера рекуперации, S - вход которого связан с датчиком нуля тока нагрузки, в каждом из дополнительных каналов R - вход первого Триггера через первый элемент И связан с инверсным выходом компаратсра, выходом триггера рекуперации и соответствую щим выходом регистра, а S - вход через второй элемент И присоединен к прямому выходу компаратора, инверсному выходу триггера рекуперации и указанному выход регистра, R - вход второго триггера чере третий элемент И связан с выходом коы- паратора, следующим по отношению к указанному выходом регистра и прямым выходом триггера рекуперации, а .S вход - с выходом элемента ИЛИ, выходы всех триггеров устройства связаны с логическим распределителем управляющих импуль сов. На фиг. 1 приведена схема силовой части автономного инвертора (с пятью импульс&ми на полупериоде выходного напряжения, N-3) на фиг. 2 - структурная Схема описываемого устройства управ ения; на фиг. 3, а-в - временные диагаммы, поясняющие принцип его дойствия. Устройство (см. фиг. 2) содержит геератор 1 тактовых импульсов, генератор опорного напряжения, источник 3 ведуего сигнала, компаратор 4, логический аспределитель 5 управляющих импульсов, егистр 6, реверсатор 7 (датчик полярости полуволны выходного напряжения), атчиков нуля тока нагрузки, дифференциующие цепи 9 и. 10, элемент ИЛИ 11, триггер 12 рекуперации, первый 13 и второй 14 триггеры дополнительного Канала и элементы И 15-17 дополнительного канала. Tj , Т,. Т„, Р, Д, F и К - выходные сигналы элементов схемы; , Ag и AJ- уровни выходного напряения. Выходное напряжение инвертора формируется следующим образом. В режиме 1 (см. фиг, 3, а) энергия в нагрузке рассеиваетсй при i. t.-f и выходное напряжение формируется, как показано на этой диаграмме. При снижении коэс1)фициента мощности нагрузки при fc fc ток нагрузки не спадает до нуля, при этом происходит перевод устройства . в режим II (временная диаграмма на фиг. 3, б). Длительность первого импульса на полупериоде выходного напряжения продлевается до момента t €„, при этом рассеивание (рекуперация) энергии, запасенной в нагрузке, происходит ускоренно род действием напряжения, формируемого инвертором. Если устройство имеет контур стабилизации выходного напряжения, то при переводе устройства из режима I в режим П импульсы выходного напряжения сужаются и момент i 2 смещается вправо. Если же коэффициент мощности нагрузки снизился до уровня, когда.в момент i t2TOK нагрузки еще не спал до нуля, то включение вентилей, формирующих импульс больщей амплитуды, недопустимо, так как оно приводит к короткому замыканию цепи трансформатора, поэтому устройство переводится в режим Ш. при ко- тором первый импульс, продлевается до Ькончания второго импульса в режимах t и II (временная диаграмма на фиг.3,в). При наличии контура стабилизации выходного напряжения при переводе -из режима И в режим Ш центральные импульсы выходного напряжения расширяются. Аналогично происходит обратный переход из режима Ш в режимы II и 1, при этом 1Три наличии контура стабилизации функционирование схемы устройства. Для обес печения хорошего гармонического состава выходного напряжения инвертора выходное напряжение во второй частичетверти периода формируется симметрично первой четверти во всех режимах. При большем числе уровней выходного напряжения указанный принцип сохраняется: сначала продлевается импульс меньшей амплитуды, затем импульс большей амплитуды не формируется, вместо него продолжается формирование импульса меньшей амплитуды. Центральный импульс выходного напряжения сохраняется всегда, так как к началу его формирования ток нагрузки спадает до нуля. При пяти импульсах на полупериоде выходного напряжения и мак симальной длительности импульсов это соответствует СО5Ч мин -0,309О, при семи импульсах -CO&fMHH 0,22. Указанный алгоритм реализуе7ся устройством управления (см. фиг. 2) следующим образом. RS -триггер 12 рекуперации формирует сигнал Р , соответствующий вре менным интервалам, когда выходной ток и напряжение имеют разные знаки. Для этого триггер 12 связан с датчиком 8 нуля тока нагрузки и реверсатором 7. Если в момент t. сигнал не равен нулю, то срабатывает первый R5 - триггер 13 дополнительного канала, формирующий сигнал D . Это срабатывание происходит при изменении напряжения на выходе ком паратора 4 (появлении сигнала на выходе компаратора). Регистр 6, выходные напряжения которого соответствуют сигналам в тактах Т , Т„, Т, Т,и Т на первом полупериоде и сигналам в тактах втором полупери- 2 оде, в момент t; находится в такте i . в момент Триггер 13 через элемент И 15 связан с компаратором 4, триггером 12 и выходом регистра 6, соответствующим выдаче сигна ла в такте Т . Сброс триггера 13 происход симметрично центральному импульсу выходного напряжения при появлении на компараторе сигнала К, при этом регистр б находится в такте Т , а на выходе триггера 12 имеется сигнал Р . В соответствии с этим триггер 13 через элемен И 16 связан с компаратором 4, тригге- ром 12 и регистром 6. Второй триггер 1 дополнительного канала срабатывает, в мо мент tg , если при этом имеется сигнал Р . Для этого его вход связан с компаратором, выходом регистра, соответствую Т. щим такту Tg , и выходом триггера рекуперации. Сброс осуще.ствляется при перебросе реверсатора в конце полупериода. Выходной функцией триггера 14 является сигнал F . Сигналы с выходов реверсатора 7, регистра 6, триггеров 12 - 14 и компаратора 4 поступают на логический распределитель 5 управляющих импульсов, работа которого описывается (сигналы реверсато- ра опускают) следующими логическими управлениями. Уровень А ( см. фиг. 3, а) формируется При , уровень Ар- при , уровень при э . большем количестве импульсов на полупериоде уравнение {1) содержит дополнительные члены, логические функции которых вырабатываются другими дополнительными каналами. Таким образом, реализация предлагае- . мого устройства управления позволяет не только исключить аварийные режимы при снижении коэффициента мощности нагрузки и тем самым повысить надежность схемы, но и сохранить работоспособность системы при довольно хорошем качестве выходного напряжения. В первую очередь это устройство может найти применение при работе инвертора на LC - фильтр. В номинальных режимах выбор элементов фильтра позволяет обеспечить емкостный или активный характер входного сопротивления фильтра на основной частоте, однако в переходных режимах или при перегрузке инвертора по току коэффициент мощности на входе фильтра может резко снижаться, при этом применение данного уст;ройства позволяет сохранять работоспособность схемы при небольшом изменении гармонического состава выходного напряжения. При работе инвертора на двигатель среднестатический коэффициент мощности двигателя известен, следовательно, известен и типовой режим работы устройства управления. Коэффициент трансформации секционированных обмоток силовой части можетбыть подобран для оптн.лизации гармонического состава выходного напряжения в этом режиме. Переход в друг-ие 76 режимы при изменении коэффициента мощ ности нагрузки сопровождается некоторы ми изменениями спектрального состава выходного напряжения. Достоинствами предложенного устройства являются такж возможность работы при переменной выходной частоте, высокое быстродействие и устойчивость функционирования при зам кнутом контуре регулирования выходного напряжения. Формула изобретения Устройство для управления автономны тирнсторным инвертором напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения с числом уровней на nq лупериоде равным .Ы , содержащее гене ратор тактовых импульсов, связанн1,1й через генератор опорного напряженная с компаратором, выход которого присоединен к логическому распределителю управЛ5йощнх импульсов, присоединенный к компаратору источник ведущего сигнала, регистр, вход которого связан с генератсфом тактовых импульсов, и связанный с регистром реверсатор, прямой к инверсный выходы котррого присоединены к логическому распределителю управляющих импульсов, отличаю щееся тем, что, с целью расшире„ j j -j. 5 t, 3 ния диапазона работы инвертора на активно-индуктивную нагрузку с пониженными значениями коэффициента, мощности, оно дополнительно снабжено датчиком нуля тока нагрузки, двумя дифференцирующими цепями, элементом ИЛИ, триггером рекуперации и ( N -2) каналами, каждый из которых содержит два триггера элемента И, причем вход элемента ИЛИ связан с прямым и инверсным выходами реверсатора через дифференцирующие цепи, а выход - с R - входом триггера рекуперации, S- вход которого связан с датчиком нуля тока нагрузки, в каждом из дополнительных каналовК - вход первого триггера через первый элемент И связан с инверсным выходом компаратора, выходом триггера рекуперации и соответствующим выходом регистра, 3 - вход через второй элемент И присоединен к прямому выходу компаратора, инверсному выходу триггера рекуперации и указанному выходу регистра, R - вход второго триггера через третий элемент И связан с выходом компаратора, следующим по отношению к указанному выходом регистра и прямым выходом триггера рекуперации, а S - вход с выходом элемента ИЛИ, выходы всех триггеров устройства связаны с логическим -распределителем управляющих импульсов.

2Ji

и2.Ъ