Способ регулирования мощности инвертора Советский патент 1980 года по МПК H02M7/505 

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ИНВЕРТОРА

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти широкое применение в источниках питания индукционных электротермических установок.5

Известны способы регулирования выходной мощности инвертора, работающего на колебательный контур, путем изменения выходной частоты инвертора, при этом используется зависимость О полного эквивалентного сопротивления нагрузочного контура от частоты.напряжения на нем l , 2 и З.

Недостатком известных способов является узкий диапазон регулирования 15 мощности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является спс1соб, при котором регулирование мощности инвертора осуществляют пу- 20 тем изменения частоты следования управляющих импульсов иа его вентили в функции регулирующего воздействия l.

Недостатком указанного способа яв-/ ляется узкий диапазон регулирования. 25 Это связано с тем, что выходной ток инвертора, как правило, несинусоидален и содержит большой процент высших гармоник. Максимальная мощность выделяется на нагрузке тогда, когда 30

частота первой гармоники выходного тока совпадает с резонансной частотой колебательного контура нагрузки. При помощи регулирования частоты следования управляющих импульсов на вентили инвертора изменяют, например уменьшают, частоту первой гармоники выходного тока. Но при этом частоты высших гармоник также уменьшаются, приближаясь к резонансной частоте нагрузки. Это ведет к тому, что мощность , выделяемая первой гармоникой уменьшается, а мощность высших гармоник возрастает. Уменьшение полной мс«;,ности, выделяемой в нагрузке, возможно до тех пор, пока мощность первой гармоники уменьшается в большей Mepie, чем возрастает мощность высших гармоник. Дальнейшее снижение частоты управляющих импульсов приводит к увеличению полной мощности на|Грузки, и мощность определяется в основном высшими гармониками. В случае, если выходной ток инвертора синусоидален и не содержит высших гар;,моник, диапазон регулирования по известному способу ограничен допустимым диапазоном изменения частоты. Минимальное значение мощности, которое возможно получить при известном способе регулирования, зависит от схемы инвертора и параметров нагруэ ки и обычно составляет 0,1-0,15 номинальной . Для многих технологических процессов индукционного нагрева необходимо регулирование мощности в более широком диапазоне, поэтому известный способ регулирования для них неприменим. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходной /мощности инвертора. , . Поставленная цель достигается теМ что в способе регулирования мосчности инвертора, работающего на колебатель ный нагрузочный контур, путем измене ния частоты следования управляющих импульсов на его вентили в функции регулирующего воздействия, дополнительно формируют сигнал пилообразной формы, с периодом, кратным периоду управляющих импульсов, сравнивают его с регулирующим воздействием и в моменты времени, для которых величина сигнала больше регулирующего воздействия, запрещают прохождение управляющих импульсов на вентили инвертора. Кроме того, амплитуду сигнала пилообразной формы выбирают равной величине регулирующего воздействия, при котором частота управляющих импульсов равна частоте, на которой вторая производная мощности по частоте максимальна. Способ основан на том, что регули рование мощности инвертора осуществляют не только изменением частоты выходного тока инвертора, но и его прерыванием на время, в течение кото рого величина сигнгша пилообразной формы больше регулирующего воздействия. Изменяя регулирующее воздействие, изменяют соотношение между вре менем, когда инвертор выдает в нагрузку ток, и временем, когда выход ной ток инвертора равен нулю, а тем самым - среднее значение выходной мощности инвертора. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующая предлагаемы способ регулирования; на фиг. 2 - т пичная зависимость мощности нагрузк от частоты выходного тока инвертора f; на фиг. 3 - кривые, поясняющие принцип регулирования по предлагаекю МУ способу. Устройство содержит задакадий ген ратор 1, вход управления которого соединен с регулирующим напряжением Up, а выход через логический элемен И 2 связан с инвертором 3 и делител 4 частоты, у которого вход соединен с задающим генератором 1,, а. выход с генератором 5 пилообразного напря жения. Выход генератора 5 пилообраз ного напряжения соединен с одним из входов устройства 6 сравнения, на другой вход которого подано управля щее напряжение Up. Клход устройства б сравнения через логический элемеит НЕ 7 соединен со вторым входом логического элемента И 2. Регулирование мощности основано, также как в известном способе, на использовании зависимости мощности, выделяющейся в нагрузочном колебательном контуре, от частоты выходного тока инвертора (фиг. 2). На фиг. 3 показанынапряжения и () на выходе I элемента устройства фиг. 1. Задающий генератор 1 устройства генерирует непрерывную последовательность импульсов и, частота которых является функцией регулирующего напряжения Up. При уменьшении Up частота импульсов и также уменьшается. Величина регулирующего напряжения может изменяться при О i Up « Up. При зтом частота импульсов задающего генератора 1 изменяется в пределах, со-, ответствующих изменению частоты выходного тока инвертора в диапазоне S f s fp, (фиг. 2) . Период повторения импульсов 1). на выходе делителя 4 частоты кратен периоду импульсов задающего генератора и зависит от коэффициента деления частоты (фиг. 3). Генератор 5 пилообразного напряжения выполнен заторможенным, и его запуск осуществляется импульсс1ми делителя 4 частоты. Поэтому период его выходного напряжения Ug также кратен периоду импульсов задающего генератора 1. Устройство 6 сравнения работает следуюгцим образом (фиг. 3) : при сигнале и5 генератора 5 пилообразного напряжения меньшем, чем Up, напряжение и на выходе устройства 6 сраянения равно нулю, а при U 7/ Up напряжение Up равно постоянной величине соответствующей логической единицы. Рассмотрим работу устройства, когда амплитуда сигнала пилообразной формы и меньше регулирующего напряжения Up. В этом режиме напряжение Up с устройства 6 сравнения всегда равно нулю, а напряжение U7 на выходе логического элемента НЕ 7, а, следовательно, и на входе логического элемента И 2, равно единице. Поэтому импульсы задающего генератора 1 поступают на инвертор 3 и частота их следования определяет выходную частоту инвертора. Снижение величины регулирующего напряжения Up ведет к уменьшению частоты-задающего генератора 1, а, следовательно - к снижению мощности (фиг. 2). Необходимо отметить, что снижение мощности при этом происходит только за счет отклонения частоты вьс одного тока инвертора от резонансной частоты нагрузки. Рассмотрим работу устройства, когда регулирующее напряжение Up становится меньше амплитуды сигнала генератора пилообразного напряжения U. Пусть в момент времени генератор 5 пилообразного напряжения запускает ся очередным импульсом с делителя 4 частоты (фиг. 3). В этом случае при О - t ( напряжение (if, на выходе устройства 6 сравнения равно нулю, а напряжение UJT на выходе логического элемента НЕ 7 равно логической едини це. Тем caNtJM разрешается прохозкдение управляющих импульсов ti задающего генератора 1 через ключ 2 на вход инвертора 3. При t % t напряже ние Uj. больше регулирующего напряжения dp, поэтому напря:хение U при t t равно логической единице, а напряжение U-j равно нулю. Так как на пряжение на одном иэ входов логического элемента И 2 равно нулю, то независимо от сигналов на втором входе напряжение на его выходе также равно нулю. Поэтому импульсы задающего генератора 1 не поступают на инвертор 3, и он выключается. В момент времени t t делитель частоты вырабатывает очередной импул Цд, что приводит к начёту нового периода работы генератора 5 пилообразного напряжения и повторению рассмот ренного процесса. Таким образом, при О t Ц выходная мощность инвертора равна R) и определяется частотой управляющих им пульсов задаквдего генератора 1 и час тотной характеристикой нагрузки. При t. 6 t i tj. инвертор включен и его выходная мощность равна нулю, средня мощность РСР инвертора за время О t S t JL равна Р . Время 12. за висит от коэффициента деления п, делителя Ч частоты и периода импульсов Т,, задающего генератора 1: 12. Т, п .(1) Напряжение Uy в диапазоне О t t2 изменяется по закону: Р sw Тч Т-JT где Uy - амплитуда сигнала генерато ра 5 пилообразного напряже ния. Момент t находится из уравнения Up Uy (ty) отсюда ийг ь п. . Учитывая (1) и (2), получим Up. Из (3) следует, что регулирование Pgp можно получить изменением величины Up или и. Более ращионсшьно производить регулирование изменением Up, .оставляя величину постоянной. 1при выходная мощность инвертора также равна нулю. Слё довательно, способ позволяет расширить диапазон регулирования и регулировать мощность инвертора от номинальной до нуля изменением регулирующего напряжения Up от величины, соответствующей резонансной частоте нагрузочного контура fp (фиг. 2) до . При этом, пока амплитуда сигнала пилообразной форГЫ меньше величины регулирующего напряжения Up, регулирование осуществляется за счет отгклонения частоты выходного тока инвертора от резонансной частоты нагрузки. При амплитуде сигнала большей, чем Up, регулирование осуществляется изменением частоты выходного тока инвертора и его прерыванием на время, Б течение которого сигнал пилообразной формы больше.Up. Переход с одного вида регулирования на другой происходит автоматически. Частоту и мощность, при которых происходит переход, устанавливают при настройке преобразователя выбором агплитуды сигнсша пилообразной форкы. На частотной характеристике нагрузки (фиг. 2) можно выделить два участка: участок fp - fц, на котором существует резкая зависимость мощности нагрузки от частоты, участок f - f n,in Иё1 котором мощность в нагрузке практически постоянна и не зависит от выходного тока инвертора. Точка fц, Рц характерна тем, что в ней вторая производная мощности по частоте максимальна. Регулирование мощности в диапазоне Рр РИ целесообразно вести только за счет изменения частоты, а при Р PVI - за счет изменения частоты и прерывания выходного тока инвертора. Для этого амплитуду сигнала пилообразной форг-fij следует выбрать равной величине регулирующего воздействия, при котором частота управляющих импульсов равна частоте, на которой вторая производная мощности по частоте максимальна, т.е. величине Up, соответствующей точке f f„ , Р РИ частотной характеристики нагрузки. Формула изобр етеиия 1. Способ регулирования мощности инвертора, работающего на колебательный нагрузочный контур, путем изме-i нения частоты следования управляющих импульсов на его вентили в функции регулирующего воздействия, отличающийся тем, что, с целью расширениядиапазона регулирования, формируют сигнал пилообразной форки, с периодом, кратным периоду управляющих импульсов, сравнивают его с регулирукхцим воздействием и в моменты времени, для которых величина сигнала больше регулирувзщего воздействия, запрещают прохождение упрсшляющих импульсов на вентили инвертора.