Способ управления двухтактным инвертором

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХТАКТНШ ИНВЕРТОРОМ, содержащим силовые управляемые ключи, конденсатор, подключенный параллельно первичной обмотке силового трансформатора, состоящий в том, что периодически и nor очередно коммутируют силовые управляемые ключи,, принадлежащие разным плечам инвертора, и ({юрмируют сигнал запрета проводящего состояния силовых управляемых ключей на воемя переза . ряда конаенсатооа .отл1 чаюш и и с я тем, что, с иелью упрощения и уменьшения потерь энергии, опре деляют мгновенное значение напряже;ния на обмотке силового трансфорйатора , запоминают это значение в каждом такте, формируют в каждом такте управляющее напряжение, меньшее по величине мгновенного значения напряжения на обмотке силового трансформатора в предыдущем такте, определяют в каждом такте разность между управляющим напряжением и мгновенным значением напряжения на обмотке силового .трансформатора в данном такте,сравнивают полученную разность с пороговым значением напряжения и формируют ука (Л занный сигнал запрета, если разность .по модулю больше порогового значения, и прекращают формирование сигнала запрета , если разность меньше порогово-2 го значения.

121

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) зш Н02Р1 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ зь,йй-- % U 1» -:. (21) 3350852/24-07 (22) 06. 11. 81 (46) 23.04.83. бюл. М 15 (72) б.А. Глебов .(7l) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 663048, кл. H 02 И 7/537, 1977. . 2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ю 2893164, кл. Н 02 P 13/16, 1979. (54)(57) СПОСОб УПРАВЛЕНИЯ ДВУХТАКТНЦМ ИНВЕРТОРОИ, содержащим силовые управляемые ключи, конденсатор, подключенный параллельно первичной обмотке силового трансформатора, состоящий в том, что периодически и по-. очередно коммутируют силовые управляемые ключи,. принадлежащие разным плечам инвертора, и формируют сигнал запрета проводящего состояния силовых управляемых ключей на воемя переза.ряда конаенсатооа. о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью упрощения и уменьшения потерь эйергии, определяют мгновенное значение напряже;ния на обмотке силового трансформатора, запоминают это значение в каждом такте, формируют в каждом такте управляющее напряжение, меньшее по величине мгновенного значения напряжения на обмотке силового трансформатора в предыдущем такте, определяют в каждом такте разность между управляю щим напряжением и мгновенным значением напряжения на обмотке силового трансформатора в данном такте, сравнивают полученную разность с йороговым З значением напряжения и формируют ука- р ь занный сигнал запрета, если разность %бФ по модулю больше порогового значенйя, С и прекращают формирование сигнала запрета, если разность меньше порогово-= го значения. )аеМ

1014121

10 l5

Зо

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в системах преобразования электрической энергии.

Известен способ управления двухтактным инвертором, при котором фиксируют протекание тока перезаряда конденсатора, включенного параллельно первичной обмотке силового трансформатора и отпирание очередного по порядку работы силового ключа не производят до тех пор, пока ток перезаряда не станет меньше некоторой величины или не прекратится совсем 11 ).

Недостатком этого способа состоит в сложности схемной реализации, так как необходимо иметь датчик тока перезаряда конденсатора ° Кроме того, такой способ управления неприменим к мостовому инвертору, в котором возможна двухступенчатая коммутация силовых ключей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления двухтактным инвертором, сэдержащим силовые управляемые ключи, силовой трансформатор, параллельно первичной обмотке которого включена конденсаторная цепь, и цепи коммутации (отпирания и запирания ) силовых управляемых ключей, заключающийся в том, что формируют сигналы отпирания и запирания силовых управляемых ключей, контролируют напряжение между электродами выходной цепи силовых ключей, сравнивают упомянутое напряжение с пороговым уровнем и запрещают проводящее состояние силового ключа, если напряжение между его электродами выходной цепи превышает пороговый уровень, причем указанный пороговый уровень устанавливают меньшим напряжения питания, временно снимают запрет проводящего состояния силовых клочей при. превышении напряжения между электродами выходной цепи силовых ключей над упомянутым пороговым уровнем, момент начала снятия запрета устанавливают совпадающим с началом первого такта работы инвертора, а момент окончания снятия запрета устанавливают до начала второго такта (2 1.

Недостаток известного способа состоит в сложности схемной реализации, так как необходимы устройства, реализующие функции пуска инверто-. ра и снятия запирания силовых ключей на время пуска. Кроме того, элементы цепи сравнения напряжения на силовых. ключах с указанным пороговым уровнем должны быть рассчитаны на напряжение питания для случая мостовой схемы и на удвоенное напряжение питания, если инвертор выполнен по двухтактной схеме с двухфазной первичной обмоткой силового трансформатора. При,этом входные токи устройства сравнивания вызывают дополнительные потери энергии, которые могут быть значительными при работе инвертора от промышленной сети напряжением 380 В. Высокое напряжение питания затрудняет (резко ограничивает ) выбор элементов для реализации функции сравнения.

Цель изобретения - упрощение способа управления и уменьшение потерь энергии.

Поставленная цель достигается тем, что способ .управления двухтактным инвертором, содержащим силовые управляемые ключи, конденсатор, подключенный параллельно первичной обмотке силового трансформатора, состоящий в том, что периодически и поочередно коммутируют силовые управляемые ключи, принадле жащие разным плечам инвертора, и формируют сигнал запрета проводящего состояния силовых управляемых ключей на время перезаряда конденсатора, определяют мгновенное значение напряжения на обмотке силового трансформатора, запоминают это значение в каждом такте, формируют в каждом такте управляющее напряжение, меньшее по величине мгновенного значе- . ния напряжения на обмотке силового трансформатора в предыдущем такте, определяют в каждом такте разность между управляющим напряжением и мгновенным значением напряжения на обмотке силового трансформатора е данном такте, сравнивают полученную разность с пороговым значением напряжения и формируют указанный сигнал запрета, если разность по модулю больше порогового значения, и прекращают формирование сигнала запре-. та, если разность меньше порогового значения.

На чертеже приведена схема автогенераторного двухтактного инвертора с трансформаторной цепью положительной обратной связи ПОС и схема устройства для управления, реализующего спосбб.

l fl14

Устройство содержит первую 1 и вторую 2 шины питания двухтактного инвертора, секции 3 и 4 первичной обмотки силового трансформатора, конденсаторную цепь 6. параллельно первичной обмотке, силовые управляемые ключи 7 и 8, возвратные диоды 9 и 10, диоды ll и 12 цепи ПОС, обмотку 13,ПОС, резистор 14 цепи

ПОС, токозадающий резистор 15, блок 16 запрегв,управляющую обмотку 17 трансформатора 5, первый 18 и второй 19 выпрямители, резистор 20, конденсатор 21, управляемый пороговый элемент 22.и резистор 23.

0ервая шина 1 питания подключена к общей точке секций 3 и 4 первичной обмотки силового трансформатора 5.Указанные секции шунтированы кон-. денсаторной цепью6,которая можетбыть; щ выполнена, например, в виде параллельного соединения множества конденсаторов. Между вторыми выводами секций 3 и 4 первичной обмотки силового трансформатора 5 и второй шиной 2 питания включены выходные цепи силовых управляющих ключей 7 и 8, шунтированные возвратными диодами 9 и 10. Входные цепи силовых управляемых ключей 7 и

8 шунтированы диодами 11 и 12 цепи ПОС. Между электродами управления силовых управляемых ключей 7 и 8 включены соединенные последовательно обмотка 13 и резистор 14 цепи ПОС. .К управляющим электродам силовых ynpaBJlReMblx ключей 7 и 8 подключены вы- 3s воды выходной цепи блока 16 силовых управляемых ключей. Управляющий электрод силового управляемого ключа 7. подключен к шине 1 питания через токоограничивающий резистор 15.

io

Обмотка 17 устройства управления подключена к входным выводам первого 18 и второго 19 выпрямителей. Первые одноименные выходные выводы (отрицательные ) выпрямителей 18 и 19 соединены и подключены к второй шине 2 питания. Между вторым выходным выводом первого выпрямителя 18 и объединенными первыми выводами выпрямителей 18 и 19 включена последователь- 3В ная RC-öåâü, образованная резистором 20 и конденсатором 21. К второму выходному выводу второго выпрямителя 19 и средней точке RC- öåïè 20-21 подключены выводы входной цепи уп- ss равляемого порогового элемента 22, выполненного (фиг. 1) в-виде р-и-р транзистора. Между первым и вторым выl21 ходными выводами второго выпрямителя 19 включен резистор 23. Вывод выходной цепи управляемого порогового элемента 23 (коллектор р-р-р транзистора ) подключен к входной цепи управляемого устройства 16 запирания силовых управляемых ключей 7 и 8.

Сущность способа состоит в следующем.

При подключении двухтактного инвертора к источнику питания током через токозадающий резистор 15 отпирается силовой управляемый ключ 7 и в схеме за счет действия цепи 00С возникает лавинообразно протекающий процесс нарастания напряжения на обмотках силового трансформатора 5. До подключения схемы к источнику питания на обмотках трансформатора от сутствуют напряжения и конденсатор 21, выполняющий роль элемента. памяти, поэтому разряжен.

Нарастающее напряжение на обмотке 17 передается через один выпрямитель 18 на первый вывод входной цепи управляемого порогового элемента 22 (эмиттер р-и-р транзистора), а через второй выпрямитель 20 на второй вывод входной цепи управляемого поро- . гового элемента 22 (базе р-р-р тран зистора ). Нарастание положительного потенциала на конденсаторе 21 происходит медленнее, чем нарастание полох<ительного потенциала на выходе второго выпрямителя 19, и поэтому управляемый пороговый элемент 22 остается во время процесса нарастания напряжения на обмотках трансформатора при первоначальном включении двухтактного инвертора в режим генерации в состоянии "0", при котором в выходной цепи управляемого порогового элемента 22 сигнал отсутствует (р-h-p транзистор заперт ). При этом на вход блока 16 запирания силовых управляемых ключей не поступает сигнал, на выходе этого устройства также отсутствует сигнал запирания силовых управляемых ключей и регенеративный процесс отпирания силового управляемого ключа 7 протекает беспрепятственно.

К моменту завершения перехода силового управляемого ключа 7 s проводящее состояние (в этот момент разность потенциалов между электродами выходной цепи силового управляемого ключа снижается почти до нуля, на секции 3 первичной обмотки силового трансфор"

5 1 01>> матора 5 устанавливается напряжение, почти равное напряжению питания, и соответственно, дорастает до максимального напряжения на обмотке 13 и напряжение .на обмотке 17. Действием 5

45 первого обусловлено поддерх<ание проводящего состояния силового ключа 7 и запертого состояния силового управляемого ключа 8. Действием второго обусловлен заряд конденсатора 21 че- 16 рез резистор 20.

В конце заряда конденсатора 21 через резистор 20 на конденсаторе, с которым соединен первый вывод входной цепи управляемого порогового И элемента 22, и на выходе второго выпрямителя 19, с которым соединен второй вывод входной цепи управляе" мого порогового элемента 22 устанавливаются практически равные потенци- 2О алы, что недостаточно для перевода, управляемого порогового элемента 22 в состояние "1", при котором в его выходной цепи появился бы сигнал .(р-и-р транзистор остается в запертом состоянии ) и поэтому на выходе блока 16 запирания силовых управляемых ключей не появляется сигнал запирания. Если конструкция управляемого порогового элемента 22 такова, что для пребывания его в состоянии

"0" необходим отрицательный потенциал первого вывода входной цепи по отношению к второму выводу (например, в качестве управляемого порогового элемента использован операционный усилитель), параллельна конденсатору 21 может быть включена токопотребляемая цепь (резистор, показанный на фиг. 1 пунктиром ). Отрицательное смещение создается за счет протекания то

40 ка через резистор 20 после завершения процесса заряда конденсатора 21.

За счет действия синхроимпульса, подаваемого на вход блока 16, или за счет естественного процесса нарастания тока через силовой управ" ляемый ключ 7, вызванного ростом тока намагничивания трансформатора g, силовой управляемый ключ выходит из состояния высокой проводимости и напряжение на нем возрастет. Это вызывает в свою очередь уменьшение напряжения на секции 3 первичной обмотки и, как следствие, уменьшение

55 напряжения на вторичных обмотках 13 и 17. Уменьшение напряжения на обмотке 17 означает уменьшение напряжения на выходе второго выпрямителя 19, 121 6 а следовательно, понижение потенциала на втором выводе входной цепи управляемого порогового элемента 22.

Что касается потенциала на первом выводе входной цепи управляемого порогового элемента 22, он сохраняется неизменным (почти неизменным ) эа счет использования элемента памяти, коим выступает конденсатор 21. Поэтому при понижении напряжения на обмотке 17 на величину, равную порогу срабатывания управляемого порогового элемента 22, последний переходит в состояние "1" и на выходах управляемого блока 16 запирания управляемых ключей будет действовать сигнал эапирания независимо от того, имеется или отсутствует синхроимпульс.

3а счет энергии магнитного поля, накопленной в сердечнике силового трансформатора 5, после запирания силового управляемого ключа 7 продолжается начавшийся до этого процесс переэаряда напряжения на первичной обмотке, сначала плавно уменьшается, затем проходит через ноль, затем начинает нарастать, изменив полярность на противоположную первоначальной.

Соответственно разность потенциалов между электродами выходной цепи силового управляемого ключа 7 плавно нарастает, стремясь к значению, большему напряжения питания, а разность потенциалов между электродами выходной цепи силового управляемого ключа 8 плавно уменьшается. Плавность нарастания напряжения на запирающем силовом управляемом ключе обуслоели" вает незначительность коммутационных потерь в нем при запирании, а также повышение надех<ности за счет уменьщения вероятности возникновения BTQ" ричного пробоя и самоотпирания ключа под действием паразитной емкости между электродом выходной цепи, no" тенциал которого возрастает, и управляющим электродом. Самоотпирание предотвращается действием сигнала отпирания с выхода блока 16.

Продолжающееся действие сигнала эапирания силовых управляемых ключей обусловлено действием нпамятин о напряжении на обмотках трансформатора во время предыдущего такта работы (в данном случае первого такта f. функцию элемента памяти выполняет конденсатор 21, который сохраняет заряд и, медленно раэряжась, обеспечивает .ток через управляемый

7 1 пороговый элемент 22 (в схеме на фиг. 1 через р-h-p транзистор ).

Напряжение на конденсаторе 21, является управляющим. С этим напряжением сравнивается мгновенное значение модуля напряжения на обмотке 17. Элементами цепи сравнения являются диоды выпрямителя 19 и выход- ная цепь порогового управляемого элемента 22 . Когда напряжение на обмотке 17 приблизится к уровню напряжения, до которого зарядился кон.денсатор 21 во время предыдущего такта и станет отличаться от этого уровня на величину, меньшую порога срабатывания управляемого порогового элемента 22, последний перейдет в состояние "О" и, соответственно, исчезнет сигнал запирания силовых управляемых ключей 7 и 8. Это про. изойдет в момент, когда напряжение на вторичноВ обмотке 17 достигнет зйачения, близкого к амплитудному во время предыдущего такта. Если за ,время от первого такта до начала вто рого такта (т.е.. на незначительное время у пренебречь изменением напряжения питания, а также изменением напряжения на конденсаторе 21, являющемся элементом памяти, то исчезновение сигнала запирания силовых управляемых ключей произойдет в момент, когда напряжения на обмотках, в том числе и на первичной обмотке, достигнув значений; близких к аиплитудным в новом .(теперь втором ) такте работы двухтактного инвертора .

При этом конденсатора конденсаторной .цепи 6 будут практически полностью перезаряжены за счет .энергии, накопленной в трансформаторе 5, и потери энергии в отпирающем силовом управляемом ключе 8 будут незначительными, твк как его отпирание происходит при почти нулевой разности потенциалов между электродами выходной цепи.

Отпирание силового управляемого ключа.8 обусловлено действием напряжение на обмотке 13 цепи ПОС, полярность которого во.втором такте обрат на полярности в первом такте: тепеоь отпирающее для силового управляемого ключа 8 и запирающее для силового управляемого ключа 7.

Если за время перезаряда конденсаторов конденсаторной. цепи б индук" тивная энергия выведена не полностью, отпирается возвратный диод 10 и через обмотку 4 и источник питания протека014121 8 ет инверсный ток. Это явление полезно, если в качестве силовых управляемых ключей применяются биполярные транзисторы: за время протекания инверсного тока в базе биполярного тран« зистора током цепи ПОС будет создан заряд достаточный, чтобы при переме" не полярности тока обмотки 4 после вывода индуктивной энергии транзйс з тор 8 сразу стал работать в режиме глубокого насыщения, при котором падение напряжения между электродами выходной цепи мало.

Переход от второго такта к треть 13 ему, от третьего к четвертому и т.д., происходит подобно рассмотренному

4 процессу перехода от первого такта к втооому.

Принцип управления не изменяется, если двухтактный инвертор построить по схеме с внешним управлением и на время действия переключающего синхроимпульса обеспечивать запирание сило" вых управляемых ключей.

B качестве управляющей обмотки 17. может быть использована в автогенераторном двухтактном инверторе обмотка ПОС. Однако в этом случае ее выводы следует подключить к управляющим электродам силовых управляемых

30 ключеи через одинаковые токоограни" чивающие двухполюсники для симметрии работы схемы .по тактам.

Сущность способа не изменяется, если в качестве управляемого по35 рогового элемента использовать оперативный усилитель. позволяющий более точно соавнивать мгновенное напряжение на обмотке с упоавляюшим напряжением, характеризующим ампли 6 тудное значение напряжения на этой же обмотке в предыдущем такте.

Сущность способа управления не изменяется, если для достижения большей точности использовать npe4s образование напряжения на обмотке в цифровую форму, хранить информацию до следующего такта, осуществлять .обратное преобразование из цифровой формы в управляющее напряжение, с .д которым в следующем такте сравни= вать мгновенное значение модуля напряжения на обмотке.

Предлагаемый способ управления двухтактным инвертором позволяет в сравнении с известным упростить схемную реализацию и применять бо- . лее дешевые элементы в схеме управления, реализующей способ.

1014121

ВНИИПИ Заказ 303 /бб Тираж 685 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4