Способ управления инвертором с двухступенчатой коммутацией и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК H02P13/18 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ИСПОЛЕ.- зовано для управления инвертором напряжения с двухступенчатой коммутацией при широком диапазоне изменения напряжения питания и тока нагрузки.

Известен способ и устройство для управления инвертором с двухступенчатой коммутацией, в котором процесс коммутации вентилей определяется количеством и длительностью интервалов коммутации, зависящих от параметров инвертора, величины и характера нагрузки 1 .

Недостатком извествого способа являются низкие энергетические показатели при изменении нагрузки и питающего напряжения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ управления инвертором с двухступенчато коммутацией, заключающийся в том, чго выключая основной тиристор инвертсфа, формируют интервал задержки больший, чем

время выключения основного тиристора инвертора, после чего включают противофазный основной тиристор инвертора.

Устройство, реализующее этот способ, содержит датчик тока нагрузки и регу5 лятор выходного напряжения инвертора, выходы которых соединены со входами нуль-органа, первый выход которого подключен к первому входу р)аспределителя импульсов, а второй выход через формирователь интервала задержки соединен со вторым входом распределителя импульсов 21 .

Недостатком этого способа и устройства является то, что при расширении диапазона изменения напряжения питания, величины и характера нагрузки, фиксирхэванная задержка времени, превьпиаюшая полупериод собственной частоты коммутационного контура, приводит к уменьшению коммутационной устойчивости инвертора при минимальном напряжении питания, а при задержке меньшей полупериода собственной частоты увеличиваются потери при номинальном значении напряжения питания. Эти недостатки особенно замет ны, когда напряжение потребителя регулируется широтно-импупъсным методом, когда частота коммутаций велика, а KOM мутируемый ток меняется в широком диапазоне. Цель изобретения - повышение энергетических показателей и надежности. Поставленная цель достигается тем, ,чтг) в способе управления фиксируют заданные уровни питающего напряжения и тока нагрузки, измеряют уровни питающего напряжения и тока нагрузки, сравнивают заданные и измеренные уроври, в процессе формирования интервала задернжи уменьшают (увеличивают) указанный интервал при снижении (увеличении) уровня питающего напряжения и/или тока нагрузки ниже (вьпде) заданного уровня. Поставленная., цель достигается такж тем, что устройство для управления инвертора снабжено двумя преобразователями напряжения, а формирователь интервалов задержки снабжен управляющим входом, причем выход датчика тока нагрузки через первый преобразователь напряжения соединен с первым входом второго преобразователя напряжения, выход которого соединен с управляющим входом формирователя интервала задерж ки, а второй вход - с выходом регулятора выходного напряжения инвертора. Кроме того устройство снабжено Датчиком уровня питающего напряжения, выход которого соединен со вторым входом второго преобразователя напряжения На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема трехфазного мостового инвертора с двухступенчатой комму тацией ; на фиг. 2 - структурная схема устройства (вариант) при использовани для изменения длительности задержки датчика тока и регулятора выходного напряжения инвертора; на фиг, 3 структурная схема устройства (вариантЯ при использовании для изменения длительности задержки датчика тока и датчика напряжения питания на входе инвер тора. Способ управления инвертором напряжения иллюстрируется на примере инвер тора с широтно-импульсным регулированием напряжения. Инвертор выполнен на оснобе трех, однофазных вентильных мос тов 1-3, объединенных с помощью трансформатора 4 в трехфазную систему 64 К выходному трансформатору 4 через силовой фильтр 5 подключена нагрузка 6,. С помощью коммутирующих дросселей 7 и 8, групповых коммутирующих тиристоров 12 - 15 в процессе коммутации образуется колебательный контур, который на разных интервалах коммутации замыкается через основные тиристоры 16 и 17 или обратные диоды 18 и 19, либо через основные тиристоры 2О и 21 или обратные диоды 22 и 23. Устройство для управления инвертором (фиг. 2) содержит датчик 24 тока нагрузки инвертора, регулятор 25 выходного напряжения инвертора, нуль-орган 26, формирователь 27 интервала задержки, распределитель 28 импульсов, преобразователи 29 и 30, преобразующие напряжение на входе и длительность импульсов задержки. Устройство для управления инвертором (фиг. 3) дополнительно содержит датчик 31 уровня питающего напряжения. Способ осуществляется следующим образом. Во внекоммутационном интервале времени ток проводят основные тиристоры 16и 21 ( 20). В процессе коммутации начиняют проводить групповой коммутирующий тиристор 9 ( 10) и один из индивидуальных коммутирующих тиристоров 12 или 14 (13 или 15). После того, как тиристор 16 выключается, контур перезаряда конденсатора 11 включает в себя диод 18, дроссель 7, тиристор 9, конденсатор 11 и тиристор 12, При уменьшении напряжения питания или увеличения тока нагрузки для увеличения коммутационной способности инвертора уменьшают задержку от начала процесса коммутации до момента подачи управляющего импульса на тиристор 17. При включении тиристора 17 конденсатор 11 дозаря 1 ается через него. Когда потенциал правой обкладки конденсатора 11 становится более отрицательным, чем потенциал катода тиристора 17, ток через тиристор прекращает поступать и проводит диод 19. При увеличении напряжения питания задержку увеличивают. В момент подачи отпирающего импульса на тиристор 17противофазный запираемому тиристору 16, потеншал правой обкладки конденсатора 11 (юлее отрицателен, чем потенциал катода тиристора 17, поэтому тиристор 17 не включится и дозаряд кон59

дснсатора током нагрузки будет происходить через диод 19.

Изменяя задер 1жу времени подачи отпирающего импульса на тиристор, противофазный запираемому,в зависимости от режима работы инвертора, уменьшают потери И улучшают спектральный состав йотребляемого тока, при обеспечении высокой коммутационной устойчивости.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

В зависимости от сигналов датчика 24 и регулятора 25 нуль-орган 26 формирует импульсы определенной длительности, которые через распределитель 28 поступают на управляющие электроды тиристоров. Нуль-орган 26 запускает формирователь 27, длительность выходных импульсов которого зависит от сигнала на выходе преобразователя 29. Если

величина тока нагрузки не превьплает заданного уровня, то преобразователь. 29 преобразует в сигнал управления формирователем 27 разность напряжения регулятора и напряжения заданного уровня. Когда величина тока нагрузки превышает заданный уровень, то уровень сигнала на выходе преобразователя 29 определяется преобразователем 30, который воздействует на преобразователь 29.

Введение в структурную схему устройства управления датчика 31 позволяет более точно формировать длительность импульсов задержки при изменении уровня напряжения питания..

Способ управления инвертором и устройство для его осуществления по сравнению с известным по экспериментальным данным снижает потери примерно на 10%, повышает коэффициент полезного действия на 2-3% и при одном и том же объеме преобразователя снижает температуру в

его щкафу. Формула изобретения

1. Способ управления инвертором с двухступенчатой коммутацией, заключаю- щийся в том, что выключают основной тиристор инвертора, формируют интервал задержки больший, чем время выключения основного тиристора инвертора, после чего включают противофазный основной тиристор инвертора, отличающийся тем, что, с целью поЕ1ыщения

энергетических показателей и надежности, фиксируют заданные уровни питающего напряжения и тока нагрузки, измеряют реальные уровни питающего напряжения и тока нагрузки, сравнивают заданные и

966

измеренные реальные уровни, в процессе формирования интервала задержки уменьшают (увеличивают) указанный интервал при снижении (увеличении) уровня питающего напряжения и/или тока нагрузки ниже (выще) заданных уровней.

2. Устройство, реализующее способ по п. 1 (вариант I ), содержащее датчик тока нагрузки и регулятор выходного напряжения инвертора, выходы которых соединены со входами нуль-органов, первый выход которого подключен к первому входу распределителя .импулЕзСОВ, а второй выход через формирователь интервала задержки соединен со вторым входом распределителя импульсов, отличающееся тем, что оно снабжено двумя преобразователями напряжения, а формирователь интервалов задержки снабжен управляющим входом, причем выход датчика тока нагрузки через первый преобразователь напряжения соединен с первым входом второго преобразователя напряжения, выход которого соединен с управляющим входом формирователя интервала задержки, а второй вход - с выходом регулятора выходного напряжения инвертора.

3. Устройство, реализующее способ пЬ п. 1 (вариант П ), содержащее датчик тока нагрузки и регулятор выходного напряжения инвертора, выходы которых соединены со входами нуль-органа, первый выход которого подключен к первому входу распределителя импульсов, а второй выход через формирователь интервала задержки соединен со вторым входом распределителя импульсов, о т л и чающеес я. тем, что оно снабжено двумя преобразователями напряжения, датчиком уровня питающего напряжения, а формирователь интервала задержки снабжен управляющим входом, причем выход датчика тока нагрузки через пер- вый преобразователь напряжения соединен с первым входом второго преобраователя напряжения, выход которого оединен с управляющим входом формиователя интервала задержки, а второй ход второго преобразователя напряжения оединен с выходом датчика уровня пиающего напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бедфорд Б., Хофт Р. Теория ав/7, Лномных инверторов. М., Энергия, 1969, с. 97-104. 2. Сандер А.-С,, Гусацкий Ю, М. 904196Q Тиристорные инверторы с широтно-импулъсной модуляцией. М., Энергия, 1968, с. 73.

фа.2.