Способ защиты инвертора

 

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ИНВЕРТОРА, содержсицего последовательно соединенные фильтрующий дроссель и два встречно-параллельно включенных вентиля , параллельно которым подсоединен коммутирующий UC -контур, в цепь которого включена нагрузка, заключающийся в том, что измеряют электрический параметр инвертора, сравнивают его с величиной уставки и при прев1Л11ении параметром величины уставки формируют сигнал на отключение инвертора, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности , в качестве электрического паг раметра измеряют напряжение на фильтрующем дросселе, выделяют из него сигнал положительной полярности, соответствующий временному интервалу проводимости вентилей, выделяют напряжение отрицательной полярности, формируют из него сигнал отрицательной полярности, измеряют длительность сигнала положительной полярности S и сравнивают ее с величиной уставки (Л длительности, измеряют амплитуду сигнала отрицательной полярности и сравнивают ее с величиной уставки амплитуды, а сигнал на отключение инвертора формируют в момент превьвие ния одним из измеряемых сигналов величины уставки. со ел 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11)1

3(51) Н 02 Н 7 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вин.(21) 3516749/24-07 (22) 29.11 ° 82 (46) 30 ° 05.84. Бюл. 9 20 (72) А.В.Иванов, М.М.Мульменко и А.M.Óðæóèñêîâ (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им.Орджоникидзе (53) 621 ° 316 ° 925.4 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 530388, кл. Н 02 Н 7/10, 1976.

2. Иванов В .И., Баранин 10.С., Гусаров В.Я. и др. Тиристорный преобразователь частоты для питания эпитаксиального оборудования с индукционным нагревом подложкодержателя.В сб.. Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металла. Уфа, 1980, М 10, с.28-33. (54)(57) 1. СПОСОБ 3АЩИIH ННВЕРТОРА, содержащего последовательно соединенные фильтрующий дроссель и два встречно-параллельно включенных вентиля, параллельно которым подсоединен коммутирующий (.С -контур, в цепь которого включена нагрузка, заключающийся в том, что измеряют электрический параметр инвертора, сравнивают его с величиной уставки и при превышении параметром величины уставки формируют сигнал на отключение инвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в качестве электрического па-. раметра измеряют напряжение на фильтрующем дросселе, выделяют из него сигнал положительной полярности, соответствующий временному интервалу проводимости вентилей, выделяют напряжение отрицательной полярности, формируют из него сигнал отрицательной полярности, измеряют длительность сигнала положительной полярности и сравнивают ее с величиной уставки длительности, измеряют амплитуду сигнала отрицательной полярности и сравнивают ее с величиной уставки амплитуды, а сигнал на отключение инвертора формируют в момент превыше Я ния одним из измеряемых сигналов величины уставки.

1095304

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, измеряют амплитуду сигнала положительной полярности, запоминают ее и

Изобретение относится к преобразовательной техниКе и может быть использовано для защиты автономных инверторов с закрытым входом.

Известны способы защиты инвертора, при которых получают сигнал электрического параметра инвертора, контролируют его величину, длительность и при достижении ими предельных значений формируют сигнал на срабатывание исполнительного элемента. защиты.

В этих устройствах в качестве электрического параметра контролируют выходной ток или ток вентилей, либо напряжение на каждом. вентиле (1).

Однако известные способы характе15 ризуются недостаточной надежностью, связанной со сложностью реализующих их систем, а также с тем фактом, что в указанных способах осуществляется защита либо только по току, либо 20 только по напряжению.

Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты инвертора, содержащего последовательно соеди ненные фильтрующий дроссель и два 25 встречно-параллельно включенных вентиля, параллельно которым подсоединен коммутирующий LC-контур, в цепь которого включена нагрузка, заключающийся в том, что измеряют электри- 3р ческий параметр инвертора, сравнивают его с величиной уставки н при превышении параметра величины уставки формируют сигнал на отключение инвертора. Контролируемым электрическим параметром в этом способе является входной ток инвертора (2).

Сложность получения потенциально развязанного с питающим источником сигнала постоянного тока, а также полное отсутствие защиты вентилей от пробоев обуславливают низкую надежность данного способа.

Цель изобретения — повышение надежности.и расширение функциональных возможностей способа. 45

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты инвертора, содержащего последовательно соединенные фильтрующий дроссель и два встречно-параллельно вклю- у) ченных вентиля, параллельно которым подсоединен коммутирующий LC-контур, в цепь которого включена нагрузка, заключающемуся в том, что измеряют сигнал отрицательной полярности формируют путем сложения напряжения отрицательной полярности с запомненной амплитудой сигнала положительной полярности.

2 электрический параметр ннвертора, сравнивают его с величиной уставки и при превышении параметром величины уставки формируют сигнал на отключение инвертора, в качестве электрического параметра измеряют напряжение на фильтрующем дросселе, выделяют из него сигнал положительной полярности, соответствующий временному интервалу проводимости вентилей, выделяют, напряжение отрицательной полярности, формируют из него сигнал отрицательной полярности, измеряют длительность сигнала положительной полярности и сравнивают ее с величиной уставкн длительности, измеряют амплитуду сигнала отрицательной полярности и сравнивают ее с величиной уставки амплитуды, а сигнал на отключение инвертора формируют в момент превышения одним из измеряемых сигналов величины уставки.

Кроме того, измеряют амплитуду сигнала положительной полярности; запоминают ее и сигнал отрицательной полярности формируют путем сложения напряжения отрицательной полярности с заполненной амплитудой сигнала положительной полярности.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — вариант одного из элементов укаэанной блок-схе позволяющий расширить функциональные возможности устройства; на фиг.3— временные диаграммы, иллюстрирующие способ.

Устройство реализации способа защиты инвертора, содержащего подключенные к источнику питания 1 через исполнительнйй элемент защиты 2 последовательно соединенные фильтрующий дроссель 3 с сигнальной обмоткой 4, а два встречно-параллельно включенных вентиля 5 и 6, параллельно которым подключен коммутирующий

LC-контур 7, в цепь которого включена нагрузка 8, имеют подключенные к сигнальной обмотке 4 детектор положительной полярности сигнала 9 и детектор отрицательной полярности сигнала 10, выходы которых через селектор импульсов по длительности 11 и селектор импульсов по амплитуде 12 соответственно подключены через эле1095304

U7„,=Ud Т Т У (2) о где Ud — напряжение источника пита- 50 ния.

Из выражения (2) следует, что при сближении величин Т и Т т.е. при сокращении времени паузы в работе вентильной пары напряжение на последней неограйиченно возрастает. С ростом сопротивления нагрузки 8 напряжение на вентилях также увеличивается. При критическом значении сопротивления нагрузки ВВ, равном удвоенному волновому сопротивлению коммутирующего контура. р, т.е. при R = 2

 — 2, процесс перезаряда кок) с

65 мент ИЛИ 13 к формиронателю аварийного импульса 14, воздействующего . на исполнительный элемент 2.

Для расширения функциональных воэможностей устройства реализации детектор отрицательной полярности сиг- 5 нала 10 выполнен на операционном усилителе 15, на инверсный вход которого подается отрицательное напряжение ,обмотки 4 через диод 16, а на прямой

его вход подается положительное напряжение обмотки 4 через квазиниковый детектор 17 на диоде 18 и конденсаторе 19.

Устройство работает следующим образом. 15

В нормальном установившемся режиме работы на управляемый вентиль 5 инвертора подают управляющие импульсы тока с периодом Т (диаграмма фиг. 2 ), при этом ток н вентильной паре имеет форму синусоидальной волны (фиг. 2Г, интервал t „-t ), положительная полуволна которой (t1 - 2) образована током прямого вентиля 5, а отрицательная полуволна (t -t ) — током обратного вентиля

2 Э б. Длительность Т синусоидальной волны t < -t> приближенно равна периоду собственной частоты коммутирующего контура

Т = 21()ГЬС, (1) где L и С вЂ” соответственно индуктивность и емкость коммутирующего LCконтура 7. После окончания нолны тока до конца периода подачи управ- 35 ляющих импульсов (интервал t3-t4) происходит подзаряд конденсатора

LC-контура 7 от источника 1 через дроссель 3. На интервале t>-t к вентилям приложено напряжейие комму- 40 тирующего контура 7 (кривая П фиг. 2e), амплитуда U7 которого зависит от длительностй интервала

t --t,и сопротивление нагрузки 8.

В случае малого сопротивления нагрузки приближенно можно считать, 45 что денсатора становится апериодическим, нолна тока вентильной пары выраждается в однополярный импульс, при этом исчезает интервал восстановления прямого вентиля и наступает аварийная ситуация — срыв инвертирования, при котором ток, протекающий от источника 1 через дроссель 3 и вентиль 5, начинает неограниченно нарастать. Выход иэ строя вентилей инвертора может наступить по двум причинам: нарастании тока вентиля 5 при срыве инвертирования; превышении напряжения на вентилях 5 и б допустимой нормы.

Напряжение на фильтрующем дросселе U> в данной схеме инвертора представляет собой алгебраическую сумму напряжения источника питания и напряжения на вентилях U

U = Ud — U. (3)

Напряжение на сигнальной обмотке связано с напряжением U3 через коэффициент трансформации k, равный отношению чисел витков N дросселя 3 и его сигнальной обмотки 4

U4 kU3 где k

Э

На интервале t<-t3 напряжение на вентильной паре близко к нулю, и к дросселю 3 приложено напряжение источника питания Ud. При этом U -—

= k Ud (фиг. 2 7., d ) . На интервале -t4 напряжение на дросселе 3 по форме повторяет напряжение на вентильной паре, но по величине смещено на постоянный уровень, равный

Ж. Если в качестве источника пи-. тания 1 используется неуправляемый выпрямитель, то величина Ud постоянна и сигнал U4 (фиг. 2e) несет полную информацию об изменении напряжения на вентилях 5 и б. Таким образом, длительность поступающего с сигнальной обмотки дросселя сигнала положительной полярности U + соответствует времени проводящего состояния вентилей 5 и 6, а амплитуда сигнала отрицательной полярности

U+ жестко связана с максимальным значением напряжения на вентилях

U7m

В том случае, когда инвертор питается от управляемого выпрямителя, т.е. напряжение питания регу лируется в процессе работы, напряжение сигнала отрицательной полярности U4 =kU> не однозначно соответ ствует напряжению на вентилях

U7 поскольку, согласно (3)

U = Ud — U

Э

В этом случае для получения точногв значения напряжения на вентилях необходимо сигнал напряжения на дросселе U = Ы)э корректировать на вели109 5304

ВНЙИПИ Заказ 3685/37 Тираж 6 14 Подписное филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная,4 чину, пропорциональную напряжению источника питания U4= kUd. Такая коррекция может быть:обеспечена с помощью пикового детектора 17 на диоде 18 и конденсаторе 19 (фиг.2), С помощью детектора 17 опре- 5. деляют и. запоминают амплитуду сигнала положительной полярности Пщ и величину сигнала отрицательной полярности 0 корректируют путем ее увеличения на величину амплитуды 10 сигнала положительной полярности

U +. Коррекцию осуществляют подачей указанных сигналов на различные входы усилителя постоянного тока 15 с дифференциальным входом. Исходное напряжение усилителя )5 О в интервале З - 4 равно

u„,= a (΄, — u }, (4) где 3c„< — коэффициент усиления °

Поскольку сигнал U< имеет отрицательную полярность, то сигнал Uyc, поступающий на вход селектора импульсов по амплитуде 12, пропорционален сумме сигналов U, + и /U a /.

Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет резко повысить надежность защиты инвертора, так как при использовании всего одного датчика в силовой схеме имеется возможность защиты вентилей как по току, . так и по напряжению, что существенно снижает вероятность отказа инвертора.

Способ применим для инзерторов, питаемых как от управляемого, так и от неуправляемого выпрямителя.