Способ регулирования выходного напряжения резонансного инвертора

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева. Цель изобретения - повышение надежности и устойчивости работы инвертора. Способ заключается в изменении времени предвательного разряда коммутирующего конденсатора по цепи, не содержащей нагрузку путем введения угла задержки отпирания одного из двух вентилей, формирующих импульс тока в нагрузке. одновременно с изменением угла задержки изменяют частоту инвертирования. Перед изменением угла задержки изменяют частоту к заданному уровню, а после изменения угла задержки и одновременного с ним изменения частоты контролируют напряжение на вентилях и время для их восстановления. Частоту возвращают к уровню, при котором напряжение на вентилях и время расстановления не выходят за пределы допустимых значений. Повышение надежности и устойчивости работы инвертора достигается снижением перенапряжений и увеличением схемного времени восстановления тиристоров в переходных режимах. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 А1 (191 (11) (51) 5 Н 02 М 7/523

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4339983/24-07 ! (22) 10.12.87 (46) 07.01.90. Бюл. У 1 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) С.В.Дзлиев, Е.М.Силкин, А.Ф.Поляков и В.Н.Корнеев (53) 621.314.572(088.8) (56) Авторское свидетельство .СССР

Ф 409345, кл, Н 02 М 5/42, 1971.

Авторское свидетельство СССР

В 875581, кл. Н 02 М 7/515, 1980. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ РЕЗОНАНСНОГО ИНВЕРТОРА (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева. Цель изобретения— повышение надежности и устойчивости работы инвертора. Способ заключается в изменении времени предварительИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке регулируе- мых автономных инверторов для источников питания установок индукционного нагрева.

Цель изобретения — повышение надежности и устойчивости работы инвертора;.

На фиг. 1 показано устройство, реализующее способ регулирования напряжения; на фиг. 2-4 — схемы резонансных инверторов, для которых может быть применен данный способ; на

2 ного разряда коммутирующего конденсатора, по цепи, не содержащей нагрузку путем введения угла задержки отпирания одного из двух вентилей, форыюрующих импульс тока в нагрузке. Одновременно с изменением угла задержки изменяют частоту инвертирования. Пе-, ред изменением угла задержки изменяют частоту к заданному уровню, а после изменения угла задержки и одновременного с ним изменения частоты контролируют напряжение на вентилях и время для их восстановления. Частоту возвращают к уровню, при котором напряжение на вентилях и время расстановления не выходят за пределы до- с пустимых значений. Повышение надеж9 ности и устойчивости работы инвертора достигается снижением перенапряжений и увеличением схемного времени С, восстановления тиристоров в переходных режимах. 5 ил, фиг. 5 — временные диаграммы, поясня-, ющие сущность изобретения.

Устройство (фиг. 1) содержит управляемый напряжением задающий гене-. ратор 1, две последовательные цепи из первого распределителя 2 импульсов и выходных каскадов 3, а также из блока 4 регулируемой задержки, второго распределителя 5.импульсов и выходных каскадов 6, соединенных с выходом генератора и инвертором 7, датчик напряжения на тиристорах 8, выход которого соединен с.входом уст.ройства 9 сравнения, а вход — с инвер3 153470 тором, датчик 10 времени выключения вентилей, выход которого соединен с входом второго устройства 11 сравнения, а вход — с инвертором, источник

12 опорных напряжений, первый и второй .выходы которого соединены с входами задания напряжения на вентилях и времени выключения устройства сравнения и второго устройства сравнения, 10 сумматор 13, входы которого соединены с выходами устройств сравнения и ! ,третьим выходом источника опорных напряжений, выход сумматора через резистор 14 соединен с входом ключе- 15 вой схемы 15, второй и третий входы которой соединены с четвертым и пятым выходами источника опбрных напряжений, а выход ее соединен с конденсатором 16 и управляющим входом задающего генератора, источник 17 задания угла задержки, выход которого соединен с входом устройства 18 выборки-хранения, тактирующий вход которого соединен с выходом логичес- 25 кого устройства 19 и первым входом компаратора 20, второй вход которого соединен с выходом устройства выборкихранения, а выход — c входом логического устройства, второй выход логи- 30 ческого устройства соединен с четвертым входом ключевой схемы, а выход устройства выборки-хранения соединен также с вторым входом блока регу лируемой задержки. (!

Инвертор (фиг. 2) содержит подключенные к входным выводам через ,,дроссель фильтра 21 инверторный мост на четырех тиристорах 22-25 с вклю40 ченными последовательно с ними коммутирующими дросселями 26-29 и коммутирующим конденсатором 30 в диагонали переменного тока, автотрансформатор

31, средняя .точка которого связана 45 с анодной группой инверторного моста, возвратные диоды 32 и 33, а также последовательную цепь из конденсатора фильтра 34 и нагрузки 35 и две RCцепи из сопротивлений 36,. 37 и конденсаторов 38, 39, подключенных параллельно обмоткам автотрансформатора, причем катоды возвратных диодов соединены с концами автотрансформатора 31, а аноды — с разноименными выводами коммутирующего койденсатора 30.

На фиг. 3 приведена схема инвертора с улучшенным КПД и меньшим уровнем высших гармонических составляющих в токе нагрузки. При этом нагрузка 35 включена в цепь коммутирующего конденсатора. Автотрансформатор 31 выполнен с вторичными обмотками, которые через вспомогательные диоды 40 и 41 соединены с конденсатором фильтра 34.

Инвертор по схеме фиг. 4 имеет улучшенные массогабаритные покаэатели за счет включения общего коммутирующего дросселя 42 и нагрузки 35 в цепь постоянного тока моста.

Способ регулирования выходного напряжения инвертора реализуется следующим образом. Тиристоры 23 и 25 (фиг. 2} работают с углом задержки

Р (фиг. 1) по отношению к тиристорам

32 и 34. Процесс рассматривается с момента времени

Во время очередного цикла работы инвертора в момент t„ должно произойти скачкообразное изменение угла задержки Р до уровня P . Однако вначале изменяется частота f от уровня f до некоторого заданного уровня f< (фиг. 1), а спустя интервал времени (-й ) происходит скачкообразное изменение угла задержки от уровня Я до f и одновременное с ним изменение частоты от уровня f„ до уровня

К . Первоначальное изменение частоты (до изменения P ) должно разгрузить инвертор по напряжению на вентилях и увеличить паузу в работе инвертора с целью увеличения времени восстановления. В противном случае указанные параметры могут выйти за пределы допустимых для вентилей уровней в процессе регулирования.

До изменения указанного угла задержки напряжение на нагрузке совпадает по фазе с основной гармоникой тока нагрузки (считается, что в интервале времени С -t, закончился переходный процесс, вызванный первоначальным изменением частоты от уровня

Я до уровня f< ). При изменении угла задержки Р и при постоянной частоте

f< соответственно задерживается формирование очередного .импульса тока в нагрузке, появляется сдвиг по фазе между напряжением и током нагрузки, что приводит к расстройке нагруэочного колебательного контура и резкому уменьшению напряжения на нем.

При этом скачкообразно уменьшается на короткое время эквивалентное сопротивление нагрузочного контура (на5 153 грузка представляет собой колебательный контур), что приводит к увеличению напряжения на тиристорах инвертора и снижает его устойчивость.

Однако одновременно с изменением угла задержки производится изменение частоты инвертирования. Изменение производится в сторону уменьшения сдвига по фазе между напряжением и током. Постепенное дальнейшее изменение частоты в течение переходного процесса позволяет уменьшить скачок фазы между напряжением и током нагрузки, вызванный скачкообразным изменением угла задержки, сократить длительность переходного процесса, уменьшить величину перерегулирования. Далее при возврате частоты контролируют максимальное напряжение на вентилях и время> предоставляемое им для восстановления управляющих свойств, сравнивают с допустимыми значениями и формируют сигналы рассогла- . сования между указанными напряжением и временем восстановления и их допустимыми значениями, а частоту возвращают. в функции этих сигналов к уровню f, при котором напряжение и время восстановления вентилей не выходят за пределы допустимых значений (момент времени 1 ).

Напряжение йа вентилях и время восстановления при этом сохраняют свои значения на допустимом уровне и существенно повышается надежность и устойчивость работы инвертора как в переходных, так и в установившихся режимах при регулировании напряжения путем изменения угла задержки.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжения на вентилях и время выключения не превышают допустимых значений. Сигналы с выходов устройств 9 и 11 близки к нулю. Ключевая схема 15 соединяет выход сумматора 13 с входом генератора 1. Напряжение на входе генератора

1 соответствует напряжению на третьем выходе источника 12, а инвертор 7 работает на частоте Е . При изменении сигнала задания угла задержки на выходе срабатывает компаратор 20, так как напряжения на выходах устройства

18 выборки-хранения в этот момент не равны друг другу. Импульсный сигнал с выхода коипаратора 20 воздействует на логическое устройство 19.

4704 6

Устройство 19 переводит устройство 18 в режим хранения, производит отключение выхода сумматора 13 от входа генератора 1 и подключает пятый

5 выход источника 12 к входу генератора 1, Напряжение Б(на пятом выходе (12 соответствует частоте инвертора

f Напряжение на входе 4 остается равным Up,и фазовый сдвиг, в этом режиме неизменен. Далее устройство

19 переводит устройство 18 в режим выборки и одновременно отключает пятый выход источника 12 и подключает четвертый выход источника 12 к входу генератора 1 с помощью ключевой схемы 15. Изменяется угол задержки и одновременно изменяется частота инвертора до уровня f . Устройство 19

20 выдает сигнал на отключение четвертого выхода источника 12 и подключение выхода сумматора 13 к входу генератора 1. Сигнал на выходе сумматора 13 равен сумме сигналов с третьего вы25 хода источника 12 и сигналов рассогласований с выходов устройств 10 и

11. Происходит разряд конденсатора

16 через резистор 14 от уровня напряжения на четвертом выходе источни30 ка 12 U до уровня суммарного сигнала на выходе сумматора 13. При этом происходит возврат частоты инвертора

7 в функции напряжений на вентилях и времени восстановления управляющих сВОЙстВ к урОВню fg при кОтОрОм на нряжение и время восстановления не выходят за пределы допустимых значений, Инвертор (фиг. 2) работает следу40 ющим образом.

При одновременном отпирании тиристоров 22, 25 (или 23, 24) начинается колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 30 по цепи 3045 29-25-35-34-22-26-30. После перезаряда конденсатора 30 и спада колебательного тока рассмотренной цепи до нуля тиристоры 22 и 25 выключаются.

В работе схемы наступает пауза, во

50 время которой ток через нагрузку 35 обеспечивается подзарядом конденсатора фильтра 34 через дроссель фильтра 21 от источника питания. По истечении паузы включаются тиристоры противоположной диагонали (33, 34), процессы в инверторе повторяются. За один цикл работы всех тиристоров 2225 в нагрузке формируются периоды выходного переменного напряжения.

1534704

При регулировании напряжения на нагрузке вводят угол задержки между моментами отпирания тиристоров катодной группы моста (23 и 25) относительно моментов отпирания тиристоров анодной группы (22 и 24). При этом на интервале задержки происходит частичный разряд коммутирующего конденсатора 30 по цепи, не содержащей нагрузку. В этом случае напряжение ,на нагрузке 35 оказывается зависимым от угла задержки и уменьшается при, его увеличении. .,!

Например, отпирается тиристор 22.

Начинается колебательный перезаряд ,конденсатора 30 по .цепи 30-33-31-22 26-30 (конденсатор 30 в этом случае заряжен).В цепь разряда не входит нагрузка 35. Спустя интервал задерж- ки включается тиристор 25 и дальнейший перезаряд продолжается по цепи

30-29-25-35-34-22-26-30. Диод 33 выключается,. так как нри включении тиристора 25 образуется контур разряда конденсатора фильтра 34 по цепи 343l-33-29-25-35-34. После спада коле бательного тока контура 30-33-31-22, .26-30 до нуля выключаются тиристоры

22 и 25, а в работе схемы наступает пауза. По истечении паузы включает, ся тиристор 24, а далее процессы по вторяются (работает диод 32), RC-цели снимают импульс перенапряжения на обмотках автотрансформатора 31 при . обрыве обратного тока возвратных диодов 32 и 33 соответственно.

Регулирование напряжения в инверторах (фиг. 3 и 4) аналогично рассмотренному.

Формула изобретения

Способ регулирования выходного напряжения резонансного инвертора, заключающийся в изменении времени предварительного разряда коммутирующего конденсатора по цепи, не содержащей нагрузку, путем изменения угла задержки отпирания одного из двух вентилей, формирующих импульс тока в нагрузке, причем одновременно с изменением угла задержки соответственно изменяют частоту инвертирования, а затем в течение переходного процесса возвращают ее, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности и устойчивости в работе инвертора, задают уровень частоты, перед изменением угла задержки изменяют частоту инвертирования к заданному уровню, а после изменения угла и одновременного с ним изменения частоты инвертирования контролируют максимальное напряжение на вентилях и время, предоставляемое им для восстановления управляющих свойств, сравнивают с допустимыми значениями, формируют сигналы рассогласования между укаэанным напряжением и временем восстановления и их допустимыми значениями, а частоту возвращают в функции этих сигналов к уровню, при котором напряжение и время восстановления вентилей не выходят за пределы допустимых значений.

1534704

Фиг. 2

1534704

ФиМ

Составитель В.Поляков

Техред М.Ходанич

Корректор Т.Малец

Редактор А.Мотыль

Заказ 54 Тираж 488 Подписное

В!ФИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина; 101