Устройство для управления преобразователем частоты со звеном постоянного тока

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления регулируемыми источниками питания, например, для индукционного нагрева металлов. Цель изобретения - увеличение диапазона регулирования выходного напряжения преобразователя. Устройство содержит сумматор 15, нуль-орган 18, селектор 19, фазо сдвигающую цепь 17 выходного напряжения преобразователя, коммутатор 16 полярности, узел 20 ограничения максимального угла управления инвертором. Вход первого ограничителя 8 подключен к выходу второго регулятора 13. Первый вход сумматора подключен к выходу датчика 10 выпрямленного тока, второй вход сумматора подключен к выходу датчика 9 выходного напряжения выпрямителя, третий вход сумматора подключен к источнику напряжения задания минимального выпрямленного тока, четвертый вход сумматора подключен к выходу коммутатора. Первый вход коммутатора подключен к фазосдвигающей цепи выходного напряжения преобразователя, а второй вход к выходу преобразователя. Выход сумматора через нуль-орган подключен к первому входу селектора, второй вход селектора подключен к выходу системы 7 фазового управления инвертора, третий вход селектора подключен к выходу узла ограничения максимального угла управления инвертором, выход селектора подключен ко входу формирователя 6 импульсов управления инвертором. 4 ил.

СОЮЗ СООЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) гф „м

150 4 Н 02 1 1 5 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ сы

ГОСУДАРСТЕЕНКЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГННТ СССР (21) 4135360/24-07 (22) 20. 10.85 (46) 30. 11 ° 89. Бюл. М 44 (71) Производственное объединение

"Таллинский электротехнический завод им. M.È,Êàëèíèíà" (72) А.Н.Влегин, Г.N. !устафа и А.Г.Быстров (53) 621,314 ° 27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 7546 10, кл. Н 02 И 5/42, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ11 ЧАСТОТЫ СО ЗВЕНОИ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть испольэовано для управления регулируемыми источниками питания, например для индукционного нагрева металлов. Цель изобретения †. увеличение диапазона регулирования выходного напряжения преобразователя..

Устройство содержит сумматор 15, нуль-орган 18, селектор 19, фазосдвигающую цепь 17 выходного напряжения преобразователя, коммутатор

16 полярности, узел 20 ограничения максимального угла управления инвертором. Вход первого ограничителя 8

1525841

10 подключен к выходу второго регулятора 13. Первый вход сумматора подключен к выходу датчика 10 выпрямленного тока, второй вход сумматора подключен к выходу датчика 9 выходного напряжения выпрямителя, третий вход сумматора подключен к источнику напряжения задания минимального выпрямленного тока, четвертый вход сумматора подключен к выходу коммутатора. Первый вход коммутатора подключен к фазосдвигающей цепи выходИзобретение относится к электро технике, в частности к преобразовательной технике, и может быть ис- 20 пользовано для управления регулируемыми источниками питания, например, для индукционного нагрева металла.

Целью изобретения является увеличение диапазона регулирования выходного напряжения преобразователя.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства;на фиг.2 диаграмма выходных сигналов первого и второго ограничителей;на фиг.3— диаграмма сигналов коммутатора; на фиг.4 — диаграмма сигналов селектора.

Устройство содержит выпрямитель

1, фильтрующий реактор 2 в цепи постоянного тока, инвертор 3, нагрузку

4, блок 5 импульсно-фазового управления выпрямителем, формирователь

6 импульсов управления инвертором, 40 блок 7 фазового управления инвертором, ограничитель 8 напряжения на уровне минимального угла управления инвертором, датчик 9 выходного напряжения выпрямителя, датчик 1О вы- 45 прямленного тока, датчик 11 выходного напряжения преобразователя, первый регулятор 12, содержащий узел ограничения максимального сигнала на выходе, второй регулятор 13, or раничитель 14 напряжения на уровне минимального угла управления выпрямителя, сумматор 15, коммутатор

16 полярности, фаэосдвигающую цепь

17 выходного напряжения преобразователя, нуль-орган 18, селектор 19, 55 узел 20 ограничения максимального угла управления инвертором, имекн:ьчй вход для подачи сигнала синхронпэаного напряжения преобразователя, а второй вход — к выходу преобразователя. Выход сумматора через нуль-орrax подключен к первому входу селектора, второй вход селектора подключен к выходу системы 7 фазового управления инвертора, третий вход селектора подключен к выходу узла ограничения максимального угла управления инвертором, выход селектора подключен к входу формирователя 6 импульсов управления инвертором.4 ил. ции с инвертором. Регулятор 12 подключен первым входом к источнику напряжения задания выходного напряжения преобразователя, вторым входом — к датчику 11. Регулятор 13 подключен первым входом к выходу первого регулятора 12, вторым входом — к выходу датчика 10, а выходом через органичитель 8 — к входу блока 7. Выход второго регулятора 13 также подключен через ограничитель

14 к входу блока 5. Сумматор 15 подключен первым входом к выходу датчика 10, вторым входом — к выходу датчика 9, третьим входом — к источнику напряжения задания минимального выпрямленного тока, четвертым входом — к выходу коммутатора 16.

Вход коммутатора 16 подключен к выходу фазосдвигающей цепи 17. Управляющий вход коммутатора 16 подключен к выходу преобразователя.

Выход сумматора 15 через нуль-орган 18 подключен к первому входу селектора 19, второй вход которого подключен к выходу бцока 7, а третий вход — к выходу узла 20.Выход селектора 19 подключен к входу формирователя 6.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме при постоянном напряжении задания U p, на вход первого регулятора 12, который выполняет функцию регулятора напряжения и может быть интегральным или пропорционально-интегральным, величина вьг одного напряжения Б, преобра,ователя частоты постоянна. Сигнал рассогласования на входах регулятора 12 между напряжением задания 11 д и сигналом

45

5 1525 с брат..ой связи, ггоступлюшим с датчика 11 нь;ходr >го напряжения преобразователя, стремится к пулю. Выходной сигнал I,ä, регулятора 12 являе гся cltl íëëîì задания для регулято5 рл 13, который может быть пропорционлльн о-инте гр аль ным или инте гральным и выполняет функцию регулятора тока. Сигнал рассогласования на входах второго регулятора 13 между сигналом задания I > и сигналом I с датчика 1О также стремится к нулю, При достижении максимального ограничения выходного сигнала I peзаД 15 гулятора 12 наступает режим стабилизации (ограничения) максимального выпрямленного тока Тс1 = 1 макс .

Выходной сигнал 0„ второго регулятора 13 поступает ча входы ограничителей 8 и 14 и проходи- либс нл выход первого ограничителя 8 (тогда на ньгхг де нторсго грлничи-.еля 14 уровень огра .ичения Б

П с,р z ) р либО нл BbtxoJJ, нторОГО 25 ограни и тели 14 (тогдл га ныхсде пер-вого ограничителя 8 уровень ограничения U = 1:,р 1 ), что обеспечивается характеристиками ограничителей (фиг,2).

Ьлок i настраивается тлк, чтобы входной управлнюпГий сигнал на уровне ограничения U = U o p соотнет".тнонал минимальному углу управления инвертором 3 P = (" „„, л блок 5 так, чтобы входной управлявший сигнал нл уровне ограничения U

l2 Оiр2 соответствовал минимальному углу управления выпрямителя 1 гк, = cC ч.

Таким образом, изменением управляющего сигнала U на ных*де второго регулятора 13 Обеспечивается либо регулирование инверторл Д )3м„„ при одновременном ограничении угла управления выпрямителя сс = с м„н либо регулирование выпряиителя

Ск ) Ск .,„„ПРИ ОДНОНРЕМЕННОМ ОГРаНИчении угла управления иивертора

= Ъм„„. Тем самым н обоих случаях достигается стремление к нулю сигнала рассогласования на входах второго регулятора 13.

В том случае, кс гда управляющий сигнал Uz нл выходе второго регулятора 13 соответс.твует режиму < ) <»„ одновременно может наступить при достаточно малой мощности нагрузки режим стабилизации минимального BblIIpHM ленного тока по контуру регулирова841 ния инвертором 3, куда входят сумматор 15, нуль-орган 18, селектор

19, < .Ормиронлтель 6. Сигналы обратных связей в сугм.-.тор 15 поступают с датчика 9, датчик» 1О, ф»зосдвигающей пепи 17 черн:-: коммутатор 16.

Сумматор 15 вырабатывает управляющее напряжение U „p, которое в течение полупериода инвертора дважды переходит через ноль. Один vç двух переходов (информационный) задает момент включения тиристорон инвертора и фиксируется нуль-органом 18 как информационный перепад его выходногп логического сигнала F

:1»зосдвигающая цепь 17 выходного напряжения преобрлзовлтел5 формируг т выходной сигнал U., сдвинутый

Э

Ilo А»зе относительно иделли" ированного синусоидлльного выходного напряжения преобразонател-" нл 90 (фиг,3).

Коммутатор 16 изменяет полярность сигнала Б<, при отрицательном напряж нии U,„(фиг.3), что позволяет реализовать одноканальный принцип управления инвертором, Логический сигнал F с выхода

2 нуль-органа 18 поступает на вход селектора 19 и проходит на его выход без изменения (фиг.4а) н том случае, если фронт сигнала F задлет У.гол управления инвертороч в пределах

6,м„< - f,()Зм,„, ПРИ ЭТОМ ФРОНТ сигнала F приходит раньше чем

1 у фронт сигнала Г, с выхода блока 7, но позже, чем фронт сигнала F с выЭ хода узла 20. Если фронт сигнала

F2 приходит раньше фронта сигнала

F> то на выход селектора 19 проходит сигнал F>, т.е. F = F>, что соответствует ограничению максимального угла управления Р = / .

1- мокс (фиг.4,б) . Если фронт сигнала F2 приходит позднее фронта сигнала F

9 то на выход селектора !9 проходит сигнал F<, т.е. F = Г,, что соответствует ограничению минимального угла управления P = (3 м„„ (фиг.4,в).

По фронту сигнала F, поступающего с выхода селектора 19 на вход формирователя 6, формируются отпирающие имггульсы тиристоров первой или второй диагоналей моста инвертора 3.

Узел 20 имеет вход для подачи сигнала синхронизации с иннертором и вырабатывает логический сигнал F, устанавливающий на каждом полупери1525841 оде выходного напряжения интервалы

Закон формирования управляющего напряжения U „ на выходе сумматора

15 основывается на следующем.

В установившемся режиме средние 20 значения напряжения противоЭДС Е инвертора (на входе моста) и выходного напряжения выпрямителя U« равны: F. = Ug, выпрямленный ток Ig за счет фильтрации большой индуктивностью Lg реактора 2 практически сглажен. Изменение выпрямленного тока

Ig в переходных режимах определяется разницей средних значений

Е и пропорционально интервалу изме- 30 нения и обратно пропорционально индуктивности 1.g . .Допустим, произошло отклонение ЬТ1 выпрямленного тока

I от заданного минимального значения 1,1, т.е. gI> = I< — I тогда, чтобы компенсировать отклонение 5I т.е. вернуть равенство Ig

Ig эа время равное одному помен

l лупериоду Т инвертора, необходимо в течение следующего полупериода соэ- 40 дать противоположное отклонение

Для этого нужно создать соответствующую разницу средних (за полупериод Т) значений:

614

Š— U = — 1. с Т

При идеализированном синусоидальном выходном напряжении преобразователя и мгновенной коммутации тиристоров иннертора противоЭДС Е определяется по формуле

Е = --- Б сos

55 где Г,„ — амп.;итуда напряжения 1:„ц,„

Пер .д очередным включением тиристоров инвертора известно отклопе— запрета и разрешения для угла управления инвертором . Интервал разрешения составляет максимально до5 н угол управления инвертором выбираемый по условию устойчивости в контуре .регулирования регулятора минимального тока — для идеализированного синусоидального выход- 10 ного напряжения инвертора Я м о

90 . Интервалы запрета и разрешения сигнала F могут устанавливать3 с я потенциометром по известной схеме ждущего мультивибратора, синхронизированного с инвертором. ние -dIg, которое нужно создать на следующем полупериоде Т, известно значение U, остается только определить требуемое значение Е и, выбирая требуемое значение угла произвести очередное включение тиристоров инвертора.

ПротивоЭДС Е инвертора пропорциональна косинусу угла Р, поэтому фактический угол Р определяется с использованием косинусоидального раз1 вертывающего напряжения, формируемого цепью 17 и подаваемого через коммутатор 16. Мгновенное значение развертывающего напряжения U в моS мент включения t в„„тиристоров инвертора пропорционально значению

U cosP, следовательно, также пропорционально значению противоЭДС Г: (в" » где К вЂ” коэффициент пропорциональности,.

Выбирая тот или иной момент включения в„„ на текущем полупериоде, одновременно выбирают значение

11 (", в„„), что эквивалентно выбору

Е. Тем самым определяем разницу Е

Vg и создают отклонение -

Ки,-и +-- I — — -I =0

L 1.1

S g d 7 с1 мин

Правая часть равенства представляет собой алгебраическую сумму четырех сигналов, которая вычисляется сумматором 15 и в результате выраба-тывается управляющее напряжение.

Включение тиристоров инвертора происходит при переходе управляющего напряжения U „ через ноль. Случайные отклоненйя выпрямленного тока

I от задания 1,1 „ (возникающие, в частности, за счет пульсаций выходного напряжения выпрямителя Ug ), компенсируются с предельным быстродействием — sa один полупериод инвертора Т. Задание I устанавлимин вается близким к нулю, но достаточным, чтобы случайные отклонения выпрямленного тока Т,1 не приводили к его прерыванию.

Преобразователь частоты имеет три зоны регулирования.

Зона 1: регулирование осуществляется инвертором 3, угол управле1525841 ния выпрямителем 1 ограничен на минимальном значении ь = р . Ремин гулируются либо выходные сигналы рeróëÿòoðoâ 12 и 13, если не наступило максимальное ограничение выпрям5 ленного тока ?,1, и осуществляется стабилизация выходного напряжения преобразователя, либо выходной сигнал U, только второго регулятора 13, если наступило максимальное ограничение выпрямленного тока I

1„1 и выходное напряжение мс se вых преобразователя понижено по сравнению с заданным, тогда выходной сигнал I „х первого регулятора 12 ограничен на максимальном значении.

Регулирующее воздействие на инвертор осуществляется через первый ограничитель 8, блок 7, селектор 19

20 Ф формирователь 6, а ограничение угФормулаизобретения ла р = . „„задается вторым ограничителем 14 .

Зона 2: регулирование осуществляется выпрямителем 1 угол управления

t 25 инвертором 3 ограничен на минимальном значени P = P «. Так же, как в зоне 1, регулируются либо выходные сигналы I U, регуляторов

12 и 13, либо выходной сигнал U только второго регулятора 13. Регу30 лирующее воздействие на выпрямитель

1 осуществляется через второй ограничитель 14 и блок 5, а ограничение угла Р = 3 „н„ задается первым ограничителем 8.

I гулируется так, чтобы обеспечить сигнал с датчика 11 выходного напряжения преобразователя равным сигналу задания 1J>,х< на входе первого регулятора 12 °

40

50

Зона 3: регулирование осуществляется выпрямлением 1, выпрямленный ток I ограничивается инвертором

3 на минимальном значении I<=I б миН

В контур регулирования входят регуляторы 12 и 13, второй ограничитель

14, блок 5, а в контур ограничения

I = Ig — сумматор 15, нуль-орган 18, селектор 19, формирователь

6. Контур ограничения действует не— зависимо от контура регулирования и обеспечивает равенство выпрямленного тока I значению задания ?,1 мин на входе сумматора 15: 1,1 = I о мнн

В контуре регулирования происходит следующее ° Сигнал I, на выходе первого регулятора 12 регулируется так, чтобы значение сигнала асаф, стало равным значению сигнала I c датчика 10 выпрямленного тока и тем самым равным значения сигнала задания 1, в то время как выходной сигнал U второго регулятора 13 реПереход из зоны 1 в зону 2, затем в зону 3 происходит при постепенном уменьшении сигнала задания

10 11 „А на входе первого регулятора 12.

Применение предлагаемогo устройства обеспечивает стабилизацию выходного напряжения в диапазоне регулирования 10-100/ и использование npef5 обраэователя для питания автономного колебательного контура электротермической и другой электротехнологической нагрузки.

Устройство для управления преобразователем частоты со звеном постоянного тока, содержащее формирователь импульсов управления инвертором, выходы которого предназначены для подключения к вентилям инвертора преобразователя, блок фазово- ° го управления инвертором,вход которого подключен к выходу ограничителя напряжения на уровне минимального угла управления инвертора, датчик выходного напряжения выпрямителя, первый регулятор, содержащий узел ограничения максимального сигнала на выходе, первый вход которого подключен к источнику напряжения задания выходного напряжения преобразователя, второй вход — к датчику выходного напряжения преобразователя, второй регулятор, первый вход которого подключен к выходу первого регулятора, второй вход — к выходу датчика выпрямленного тока, выход второго регулятора через ограничитель напряжения на уровне минимального угла управления выпрямителя подключен к входу блока импульсно-фазового управления выпрямителем, выходы которого предназначены для подключения к вентилям выпрямителя преобразователя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования выходного напряжения преобразователя, оно снабжено сумматором, нульорганом, селекторам, содержащим элемент HJIH и элемент И, фаэосдвигающей цепью выходного напряжения пре1125841

12 ф(д образователя, коммуT;lòîpîì полярнос— ти, узлом ограничения максимального угла управления иннертором, име— юрким вход для подачи сигнала синхронизации с инверторам, причем вход ограничителя напряжения на уровне минимального угла управления инвертором подключен к выходу второго регулятора, первый вход сумматора подключен к выходу датчика выпрямленного тока, второй нхо;; умматора подключен к выходу дат †.ика выходного напряжения выпрямителя, третий вход сумматора предназначен для подключения к источни|с напряжения задания минимального выпрямленного тока ;етнертый B <од сумматора IloL>, ключен к пы,соду ;оммутатора и<-пярности, вход которого подключен к выходу фазосдвигающей цепи выходного напряжения преобразователя, управ5 ляющий вход — к входу датчика выходного напряжения преобразователя,выход сумматора через нуль-орган подключен к первому входу элемента ИЛИ селектора, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход элемента ИЛИ селектора подключен к выходу блока фазового управления инвертором, второй вход элемента И селектора подключен к выходу узла ограничения максимального угла управления инвертором, выход элемента И селектора подключен к входу формирователя импульсов управления инвертором.

1525841

t

t

1

t

t

Составитель В.Миронов

Редактор А.Лежнина Техред Л.Сердюкова Корректор О.Ципле

Заказ 7239/52 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101