Способ управления инвертором

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления однофазным автономным инвертором. Целью изобретения является уменьшение передаваемой инвертором в нагрузку реактивГТ f ной мощности путем повьшения точности стабилизации представляемого времени выключения тиристоров инвертора . На выходах датчиков 3, 4, 5 и 6 формируются сигналы, пропорциональные мгновенньм значениям входного тока инвертора, входного тока нагрузки, тока компенсирующей емкости и напряжения нагрузки. Эти сигналы поступают в функциональный преобразователь 7, который формирует периодический сигнал управляющего напрйжения с удвоенной частотой инвертора. Нуль-орган 8 регистрирует полярность управляющего напряжения, а формирователь 9 при каждом изменении полярности с положительной на отрицательную вьщает отпирающий импульс на непроводящую пару тиристоров . 5 ил. (Л .Ii I to О оо 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 02 М 7/48

В ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCH0IVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3675555/24-0? (22) 20 ° 12.83 (46) 23.12.86. Бюл. к- 47 (71) Производственное объединение

"Таллинский электротехнический завод им. М.И.Калинина" (72) Г.М.Мустафа, А.П.Мотыль и А.Н.Юлегин (53) 621.316.727(088.8) (56) Патент ФРГ М - 1588703, кл. Н 02 P 13/20, опублик.1974.

Патент США В 3882370, кл. Н 02 P 13/20, опублик. 1975. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления однофазным автономным инвертором. Целью изобретения является уменьшение передаваемой инвертором в нагрузку реактив„„SU„„1279034 А 1 ной мощности путем повышения точности стабилизации представляемого времени выключения тиристоров инвертора. На выходах датчиков 3, 4, 5 и 6 формируются сигналы, пропорциональные мгновенным значениям входного тока инвертора, входного тока нагрузки, тока компенсирующей емкости и напряжения нагрузки. Эти сигналы поступают в функциональный преобразователь 7, который формирует периодический сигнал управляющего напряжения с удвоенной частотой инвертора. Нуль-орган 8 регистрирует полярность управляющего напряжения, а формирователь 9 при каждом изменении полярности с положительной на отрицательную вьщает отпирающий импульс на непроводящую пару тиристоров. 5 ил.

f - 127903

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть исполь зовано для управления однофаэным автономным инвертором. 5

Цель изобретения — уменьшение передаваемой инвертором в нагрузку реактивной мощности путем повышения точности стабилизации предоставляемого времени выключения тиристоров, 10 инвертора.

На фиг.1 показаны сиповая схема инвертора с нагрузкой и структурная схема устройства, реализующего способ управления инвертором для стаби- 15 лиэации предоставляемого времени выключения тиристоров; на фиг.2 — функциональная схема функционального преобразователя, выполненного в виде формирователя прогнозируемых мгно- 20 венных значений напряжения нагрузки; на фиг.3 — функциональная схема варианта выполнения нелинейного блока, входящего В состав функционального .преобразователя и выполненного с использованием принципа кусочно-линейной аппроксимации; на фиг.4 временная диаграмма, поясняющая принцип действия устройства; на фиг.5— временная диаграмма основных конт- 30 рольных сигналов устройства.

Устройство, реализующее способ управления инвертором для стабилизации предоставляемого времени выключения тиристоров инвертора 1 с нагруз- 35 кой 2 в виде колебательного контура, образованного параллельно включенными активно-индуктивными потребителем и компенсирующей емкостью, содержит первый датчик 3 входного тока 40 инвертора, второй датчик 4 входного тока нагрузки, третий датчик 5 тока компенсирующей емкости, четвертый датчик б напряжения нагрузки, функциональный преобразователь 7,нуль- 45 орган 8, формирователь 9 отпирающих тиристоры импульсов, причем функциональный преобразователь 7 подклю чен входами к датчикам 3 — 6, а выходы — через нуль-орган 8 к формирова- 50 . телю 9 отпирающих тиристоры импульсов.

Функциональный преобразователь .

7 выполнен в виде формирователя прогнозируемого мгновенного значения напряжения и содержит блок 10 модуля, переключатель 11 полярности, четыре сумматора 12 — 15, источник

4 2

16 смещения, нелинейный блок 17, причем входами функционального преобразователя 7 с первого пб четвертый являются выходы датчиков 3 — 6 с первого по четвертый соответственно, первый вход функционального преобразователя 7 является первым входом первого сумматора 12, второй вход функционального преобразователя

7 является входом блока 10 модуля, третий и четвертый входы функционального преобразователя являются первым и вторым входами переключателя 11 полярности соответственно, источник 16 смещения подключен к второму входу первого сумматора

12, выход которого подключен к первым входам второго сумматора 13, третьего сумматора 14 и нелинейного блока 17, первгй выход переключателя 11 полярности подключен к вторым входам второго 13 и третьеIro 14 сумматоров, выход блока 10 модуля подключен к третьему входу третьего сумматора f4, выход второго сумматора 13 подключен к второму входу блока 17, третий вход которого подключен к второму выходу переключателя 11, выход блока 17 подключен к первому входу сумматора 15, второй вход преобразователя 7 одновременно является третьим входом переключате- ля 11, третий вход которого подключен к третьему входу сумматора 13 и одновременно к четвертому входу сумматора 14, выход четвертого сумматора 15 является выходом функционального преобразователя 7, нелинейный блок 17 содержит перемножитель 18, квадратор 19, сумматор 20 и блок 21 извлечения корня, причем первый и второй входы нелинейного блока 17 являются первым и вторым входами перемножителя 18, третий вход нелинейного блока 17 является входом квадратора 19, выход которого подключен к первому входу сумматора 20, второй вход которого подключен к выходу перемножителя 18, выход сумматора 26 подключен к входу блока 21 извлечения корня, выход которого является выходом нелинейного блока 17.

Возможен вариант выполнения нелинейного блока 17 с использованием принципа кусочно-линейной аппроксимации. В этом варианте нелинейный блок 17 содержит шесть сумматоров

22 — 27, ограничитель 28 положитель1279034 где (2) здесь U U

1 с т

С учетом приращений токов за

L интервал коммутации — 2i 2. - i в, н

L -ветзи и L-ветви соответственно к следует ной полярности, три ограничителя

29 ; 31 отрицательной полярности, причем первый и второй входы нелинейного блока 17 являются первым и вторым входами первого сумматора 22, выход которого через. ограничитель 28 положительной полярности подключен к первому входу второго сумматора 28, а через первый ограничитель 29 отрицательной полярности — к первому 10 входу третьего сумматора 24, вторые входы второго 23 и третьего 24 сумматоров объединены с вторым входом первого сумматора 22, первые входы четвертого 25,пятого 26 и шестого 27 15 сумматоров одновременно являются тре— тьим входом нелинейного блока 17, а вторые их входы подключены к выходу второго сумматора 23; третьи входы четвертого 25 и пятого 26 20 сумматоров подключены к выходу тре— тьего сумматора 24, выход четвертого сумматора 25 через второй ограничитель 30 отрицательной полярности подключен к четвертому входу пятого сумматора 26, выход которого через третий ограничитель 31 отрицатель ной полярности подключен к третьему входу шестого сумматора 27, выход которого является выходом нелинейно- 30 го блока 17.

Устройство работает следующим об— разом.

На выходах датчиков 3 — 6 формируются сигналы, пропорциональные 35 мгновенным значениям входного тока инвертора, входного тока нагрузки, тока компенсирующей емкости и напряжения нагрузки соответственно.Сигналы с датчиков 3 — 6 поступают в фун- 40 кциональный преобразователь 7,который формирует на выходе периодический сигнал управляющего напряжения с удвоенной частотой инвертора.Нульорган 8 регистрирует полярность уп- 45 равляющего напряжения, а формирова тель 9 при каждом изменении указанной полярности с положительной на отрицательную выдает отпирающий тиpHcTopbl импульс на непроводящую пару 50 тиристоров. функциональный преобразователь 7 работает следующим образом.

В текущий момент времени предполагается, что происходит включение тиристоров и начинается интервал коммутации. На этом интервале все тиристоры моста находятся в проводящем состоянии, в результате соединительная цепь инвертора с нагрузкой подключается к колебательному контуру как параллельная ветвь, а ее индуктивность выполняет роль коммутирующей индуктивности. Следовательно, с учетом замещения потребителя параллельно включенными активной и индуктивной ветвями образует- ся колебательный контур иэ четырех параллельных ветвей: ветвь коммутирующей индуктивности, ветвь компенсирующей емкости и две ветви потребителя. Ток первой ветви, являющейся входным током нагрузки, эа интервал коммутации меняет полярность на противоположную. Вследствие малости интервала коммутации ток активной ветви потребителя на этом интервале считается неизменным я

„ — мгновенные значения тока активной ветви в начале и в конце интервала коммутации соответственно.

Из дифференциальных уравнений, описывающих контур с учетом замещения активной ветви источником постоянного тока i = const следует и

/ь где S = ч - - L

t + У

IC мгновенные значения напряжения нагрузки в начале и в конце интервала коммутации соответственно; мгновенные значения тока компенсирующей емкости в начале и в конце интервала коммутации соответственно; волновое сопротивление контура на интервале коммутации; эквивалентная индуктивность параллельно включенных L-ветви и

L„-ветви.

12790 (3) 10 иа слеравен счиости не15 (5) с2 с1

U =- i +U

t 2 с съ

7 (6) 25

L

i = i - 2i — 2 - i с с н где i. — мгновенное значение входноЙ го тока нагрузки в начале интервала коммутации.

Из (2) и (3) следует (i — i + -- i )(4)

4L

Я с н " с 1, н

После интервала коммутации дующем интервале t,, который заданному времени выключения, тается ток компенсирующей емк изменным где — мгновенное значение тока

Сg емкости в конце интерва— ла

С учетом (5) следует где U — мгновенное значение напря2 жения нагрузки в конце интервала

Из (3), (4), (6) следует

U = - (i — 2i — 2 — i ) + (7)

t 1 и с н н

34 6 достижения нулевого значения кривой U (t) (фиг.4 в, г). 2 У

Построение вычислений по формуле (7) сложно реализовать в устройстве, поэтому формула вычислений приводится к виду, обеспечивающему аппаратурную точность и надежность работы устройства. Для этого обеспечивается повторяемость формы сигналов на двух соседних полупериодах путем переключения полярности сигналов, поэтому в формулу (7) вводят переменные S i,,S i и SU, а вместо периодически изменяющегося по полярности входного тока нагрузки 1 . вводятся н однополярные величины: либо входной ток инвертора 1а, либо модуль входного тока нагрузки 1,и, кроме н того, компенсируется возможная нелинейность коммут-.:рующей индуктивности 1. введением суммы величин

id +E. вместо велич -ны а, где смещение с подбирается импирически.В результате указанных подстановок в формулу (7) получается следующее:

0 = — ($ - „-1 „1-2 — (а +ЮГ

Ь

+- -i) н с т н

Пр и до с та точно б ольшом зн ач ен ни

L формула (7) упрощается при подстановке L =,÷òî соответствует допущению о постоянстве тока потребителя на интервале коммутации.

Физический смысл кривых V,(t) и (t) проилюстрирован на фиг, 4.

Если происходит включение тиристоров в момент t то напряжение нагрузки через интервал коммутации й„ имеет значение V„(t), а еще через интервал

t — значение U (t) (фиг.4 а).Если включение тиристоров преждевременное то кривая U (t) не достигает нуле вого значения, поэтому в конце интервала и напряжение нагрузки также не достигает нулевого значения и напряжение выключаемых тиристоров

П остается отрицательным, следовательно, интервал предоставляемого времени выключения t больше заданеы» ного C (фиг.4 б).

Для обеспечения совпадения интервалов t = t . осуществляется факти ьф о ческое включение тиристоров в момент а а (а+ ),

Si = Si — Si

h н с

= -Si — (i„(— 21а

У =а j +U, где i, » j.

50 выходные сигналы сумматоров 12 — 14 с первого по третий соответственно; выходной сигнал нелинейного блока 17; выходной сигнал четвертого сумматора 15, одновременно являющийся выходU, 55

Отдельные вычислительные операции по формуле (8) выполняются отдельными блоками функционального пре— образователя 7

7 1279034 8 ным сигналом функ- ля и квадратора, включенного в от» ционального преобра- рицательную обратную связь операзователя 7; ционного усилителя.

Работа составных частей нелиней5 ного блока 17 осуществляется следующим образом: а

f к

»

I

= а

0, О

3 е Д, )сО»

° fj з >о

8 0»,! (О

3 + j макс 0 Ю

Е,» f,>0

1® О, f.,<0

f, + SU-b,jÄÄÄ

30 где Ъ, Ь вЂ” коэффициенты аппрок» симации;.!» j„,„» макс

35

45 а постоянные коэффициз с енты.

Подстройка устройства под нагрузку осуществляется изменением коэффициентов а, а, а регулировка заданного времени выключения — изменением коэффициента а, .

Характер изменения сигналов функ. ционального преобразователя 7 показан на фиг.5. Сигналы Si, Si, SU

Ц формируются на выходах переключателя 1 1 полярности, который осуществляет поканальное переключение полярностей входных сигналов в момент изменения полярности напряжения нагрузки. Переключатель 11 полярности может быть выполнен, например, с использованием нуль-органа, регистрирующего полярность напряжения нагрузки, и каналов переключения полярности. Каждый канал может быть выполнен, например, с использованием двух противофазных ключей и инвертирующего звена, причем ключи, управляемые нуль-органом, подают на выход канала прямой или инвертированный входной сигнал канала.

Модуль !i„ входного тока нагрузки формируется на выходе блока 10 модуля, который осуществляет выпрямление входного сигнала i„ и фильтрацию коммутационного провала. Блок

10 может быть выполнен с использованием известных схем выпрямления на операционных усилителях и фильтрах высоких частот.

Постоянный сигнал смещения снимается с выхода источника l6 смещения, например со среднего вывода потенциометра, подключенного остальными двумя выводами к общей и питающей шинам.

Квадратор 19, входящий в состав нелинейного блока 17, осуществляет операцию возвьппения в квадрат и может быть выполнен, например, на перемножителе с объединенными двумя входами.

Блок 21 извлечения корня, входящий в состав нелинейного блока 17, может быть выполнен, например, с использованием операционного усилите=-ьsU ü j +bj

1 1 м»»к» макс

-bSU+b j +bj

2 1Э 5»»им 6 макŠ— выходные сигналы сумматоров 22 — 27 с первого по шестой соответственно; выходной сигнал ограничителя 28 положительной.полярности;

f ® — выходные сигналы ого+ 19 раничителей 29-31 отрицательной полярности с первогб по третий соответственно.

5р Момент включения тиристоров инвертора, при котором обеспечивается заданное значение предоставляемого времени выключения, определяется с учетом всех влияющих факторов при

55 минимальных допущениях.

На каждой полуволне напряжения нагрузки момент включения тиристоров определяется независимо» т.е. стабилизация предоставляемого вре79034 10

Перечисленные преимущества позволяют удешевить элементы сиповой схемы инвертора с нагрузкой и одновременно улучшить эксплуатационные характеристики.

Формула изобретения

Способ управления инвертором, 10 подключенным через соединительную цепь к нагрузке в виде колебательного контура, образованного параллельно включенными активно-индуктивным потребителем и компенсирующей емкостью, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения напря,жения нагрузки, формируют периоди, чески изменяющееся управляющее напряжение и осуществляют очередное включение тиристоров инвертора в момент перехода управляющего напряжения через ноль,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения передаваемой инвертором в нагрузку реактивной мощности путем повышения точности стабилизации предоставляемого времени выключения тиристоров,измеряют входной ток инвертора, входной ток нагрузки, ток компенсирующей емкости и осуществляют формирование управляющего напряжения согласно выражению, равнозначному приведенному в момент формирования отпирающих тиристоры импульсов:

I 2 - (id.+E)3

L н н L

П=--(Б о с

"с

Г 4т

+ (SU) с с1 Е - н

L где U, -текущие мгновенные знас чения напряжения нагрузки, входного тока инвертора, входного тока нагрузки тока компенсиI рующей емкости соответственно; (i„) — модуль входного тока нагрузки;

Я вЂ” постоянное смещение; 50

S — переключающая: функция, имеющая значения "+1" и

"-1 на интервалах положи40, с

L к

9 12 мени выключения осуществляется безынерционно и нет принципиального различия между статической и динамической ошибками стабилизации. По результатам испытаний установлено, что погрешность стабилизации,, обеспечиваемая устройством с учетом аппаратурной погрешности,. в установившихся и пусковых режимах не превышает

12Х. Например, в инверторе с номинальной выходной частотой 4 кГц и задаваемым временем выключения 25 мкс погрешность стабилизации не превышает 3 мкс в режимах с модуляцией интервала коммутации 5 — 35 мкс.

Передаваемая инвертором в нагрузку реактивная мощность сводится к минимуму, в результате чего уменьшаются устаиовленная мощность и потери цепи входного тока инвертора, тиристов инвертора, соединитель— ной цепи инвертора с нагрузкой,компенсирующей емкости, одновременно повышается КПД инвертора с нагрузкой, кроме того, уменьшается установленная мощность пускового устройства и исключается его настройка при пуске инвертора, а также обеспечивается возможность пуска инвертора с большим значением коммутирующей индуктивности, что позволяет уменьшить коммутационные потери и установленную мощность тиристоров и защитных демпфирующих RC-цепей. тельной и отрицательной .полярностей напряжения нагрузки соответственно; компенсирующая емкость; индуктивность потребителя; индуктивность соединит"льной цепи инвертора с .нагрузкой (коммутирующая индуктивность}; заданное время выключения; управляющее напряжение.

1279034

Фиг.2

1279034 иг, и лдисЫ е

Фиг.5

Составитель С.Парфенова

Техред В.Кадар Корректор Л.Пилипенко

Редактор С.Пекарь

Заказ 6852/57 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфичекое предприятие, г.ужгород,ул.Проектная,4