Способ управления инвертором

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 02 M 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4357079/07 (22) 04.01.88 (46) 07.02.91. Бюл, М 5 (75) С.В,Дзлиев и Е.М.Силкин (53) 621.316.727(088,8) (56) Томашевский Ю,Б. Система управления однофазным мостовым инвертором. — Вопросы преобразовательной техники и частот>ного электропривода: Межвуз. научн. сб.—

Саратов, Саратовский почитехн. l н-т, 1983. с. 54-58. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОР01>1 (57) Изобретение относится к электротех«1.,ке и может быть использовано в источниках питания индукционных установок. Целью изобретения является повышение КПД инвертора. Способ управления инвертором заключается в формировании и подаче импульсов управления на тиристорь! диагонэИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках питания индукционных установок.

Цель изобретения — повышение КПД инвертора при работе на изменяющу«ося нагрузку.

На фиг, 1 а, б представлены примеры принципиальных схем инверторов соответственно с удвоением и без удвоения частоты, в которых может быть применен способ управления; на фиг. 2 — функциональная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие сущность способа управления инвертором.

Инвертор по фиг. 1 а содержит связанные с входными выводами через дроссель 1 фильтра тиристорный мост на четырех iupu,, БЫ „„1626311 лей! лоста с фазовы«« :.ч .3: « Р>1 l!, пе иода вг!ходной «ас>OTI

IOllil1l1 ТИРИСТОО С фаЗО«3Ь««1 С .. >ЛГО« т« >> " т . «но моментов пода Ii > >»., ТИ()ИСТО«, МОСта. 3« ДаЮ I РЛ„P» Il»-! паэо««напряжения !а к<,м,".1уч«1!«У«о«.>г. «0»Де«гсатор» 1 «О :О«. ч II ..:.- «ОО« .. «« . ;,О .. импульсы на стабил., «Пу«ошии;1 р«10 О:,«« пОДаютсЯ. 1P11 310«1 !13 1 ::f 0 tl.",!ë . I, > .

««э комм«ир,«О цем конде«с 3Tof3>: I! рист;> Ов;1сo 0. «лстс-, и 3д;.:««1»;, «,с...3 т!:f>l1C«Qp013 !АОСта рогgj>!Ilfl) «ОT li I>.!.3р> llil I ном диапазоне в функции у«лза«0>«.: . Оков и напрчжения, при: Ом >iðè I;:::.c. «,зс частоту уменьшглот до 1l11111!1< >1!.,:"I o 3« l - е

НИЯ, ПОСЛЕ ДОСтнжЕНия кото1« iO «« У«;хцп; ук;.ванных токоi! и на«1.л.«..".»«: 3 рт ту.; с «

z «з пределах 0 25 Т > г О. 3;1! сторах 2 — 5 о коммутируощ«1м дро с .; ..,1, нагрузкой 7 и коммутиру«3««01«1 к н ",1 ром 8 в диагонали перемл 1«.огз тО.-.:I. а r..iже две последова ел««1«« =. цеп,1 «1з

«Онденсатора 9 фильтра. зл . .—,ного „1«росселя 10 и стабилизиру«ошего тиоистора 1 > и дросселя 12. Инвортор резонансного т1 «>3, Период выходнои частоты и«;вертпрл Т Определяется полнь«м циклом работы тиристоров 2 — 5 (инвертор без удвоения частоть: !.

Инвертор по фиг, 1 б содержит св.."=","ный с входными выводами через л>-Оссе «

13 фильтра и коммутирующии дроссел:, !4 тиристорный мост на четырех т;1р«!стогах

15 — 18 с коммутирующим конде««сато«р:лм 10 в диагонали переменного тока. Меж T-o iкой соединения дроссалей )3 и,: i ul; .,3ТЕЛЬНЫМ ВХОДНЫМ ВЬ«ВОдо!Л 3Y1«О -:., .«3«:.

1626311 последовательная цепь из нагрузки 20, дросселя 21 и конденсатора 22 фильтра, а также стабилизирующий тиристор 23. Между анодной группой моста и точкой соединения дросселя 2 1 и конденсатора 22 включена последовательная цепь из конденсатора 24 и отсекающего диода 25, точка соединения которых связана с отрицательным входным выводом через дополнительный дроссель 26. Наличие указанной цепи обеспечивает жесткость внешней характеристики при изменении сопротивления нагрузки в сторону уменьшения, 3а цикл работы всех тиристоров 15 — 18 в нагрузке 20 получают два полных периода выходного напряжения (инвертор с удвоением частоты).

Устройство для реализации способа (фиг. 2) содержит управляемый задающий генератор 27, распределитель 28 импульсов, подключенный к выходу задающего генератора и входам формирователей 29 и 30 импульсов, выходы которых соединены с входами выходных каскадов 31 и 32, соединенных с инвертором 33, датчики 34 напряжения нз коммутирующем конденсаторе и датчик 35 тока тиристоров, выходы которых соединены с входами суммирующего элемента 36, Выход элемента 36 подключен к входу блока 37 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал уставки от источника 38 задания. Выход блока 37 соединен с управляющими входами задающего генератора 27, ключевого элемента 39 и блока 40 регулируемой задержки, Вход элемента 39 соединен с выходом задающего генератора

27, а выход — с входом блока 40, выход которого соединен с входом формирователя

41 импульсов. Выход формирователя 41 соединен с входом выходного каскада 42, выход которого связан с управляющим электродом стабилизирующего тиристора в инверторе.

Способ управления инвертором реализуется следующим образом.

Допустим, что инвертор (фиг. la) работает без паузы, т.е. сразу после прекращения колебательного тока коммутирующего контура инвертора, включающего дроссели

6 и 10, нагрузку 7 и конденсаторы 8 и 9, и выключения тиристоров одной из диагоналей моста (например, 2 и 5) включаются тиристоры (например, 3 и 4) второй диагонали.

Ток через нагрузку 7 и коммутирующий кон-, денсатор 8 имеет вид, показанный на фиг.

Зб. Положение импульсов управления тиристорами моста показано на фиг. За. Каждым импульсом тока коммутирюущий конденсатор 8 перезаряжается и форма напряжения на нем имеет вид, показанный на фиг ",. е, 5

При этом напряжение на коммутирующем конденсаторе 8 изменяет знак через 0,25 Т периода выходной частоты инверторз после каждого отпирания тиристоров 2,5 или 3,4 диагоналей моста. Если инвертор работает на номинальную нагрузку, то напряжение на элементах и потери минимальны. Инвертор имеет максимальный КПД.

Изменение сопротивления нагрузки, например, в сторону уменьшения приводит к возрастанию добротности коммутирующего контура, "раскачке" напря:кения нз:лементах и токов через них, з такж увеличению потерь, При включении стггилизирующего тиристорз 11 образуется замкнутый контур циркул; цион»его переззряда коммутирующего конде»",з;р-а

8 — контур, включающий тиристор. 2, 5. 1", дроссели 6, 12 и нагрузку 7 или тиристор3, 4, 11, дроссели 6 и 12 и нагрузку 7 не содержащий источник питания. Сушестеование указанного контура повышаег вход ное сопротивление инвер1ора при изменении нагрузки и обеспечивает требуемую жесткость внешней хзрзктеристики.

При этом изменение сопротивл:ния нагру. ки и,. водит к уме ьшени о пс-;,, пения и вертором энергии от источн и з питания потери в элементэх возрастаю г нз ме ьш .

:-на ание, Жесткость внешней характеристик» ".звисит от коэффиц ентз распределения индуктивности в схеме и»веркора К = L6/, Îî+ L(j) и значения индуктиь»ости дросселя 12

L12, При этом L12 следует выбира ь достаточно малой, чтобы обеспечить оовень сбратного напряжения на выключизшихся тиристорах в пределах 20 — 30 Р (нзиболес оптимзль»ый урсвень обрз-HGIo »зпр жения на тиристорах в интервале восстз овления управляющих свойств). Фзктиче к 1;: влияния»а процессы в коммутирующем ко; туре не оказывает. Уменьше -,ие К обеспечивает большую жесткосгь внешней i;арзктеристики и более высокий VÏtÄ: ри работе инвертора на нагрузку. отличз ощуюся от номинальной. Однако в этом "лу:зе в номинальном режиме через стабил "ирующий тиристор протекает существенный циркуляционный ток, с ижз=. го выход»у е мощность и повышая суммарные потерл в элементах. КПД инвертора оказывается низким, В данном пособе в номинал,ном режиме стабилизирующий тирис;ор»е включают (импульсы управления на него не подаются).

Коэффициент К выбирают из требований получения наибольшей жестковат . внешней характеристики инверторз при работе на изменяющуюся II.:.груэку, Зздзю-.

1626311 разрешенный диапазон токов и напряжений, в котором импульсы управления на стабилизирующий тиристор не подаются. При работе в разрешенном диапазоне минимум потерь в элементах поддерживают путем 5 регулирования частоты в функции измеренных тока тиристоров моста и напряжения на коммутирующем конденсаторе 8. Этим же обеспечивается жесткость внешней характеристи ки. 10

При возрастании указанных параметров частоту подачи импульсов управления снижают до минимального значения. После достижения предельных значений в функции указанных тока и напряжения i.а«vнаю1 15 уменьшать фазовый сдвиг t между моментами подачи импульсов управления на тиристоры 2 — 5 и моментом подачи импульса управления на стабилизирующий тиристор

11 от 0,25 Т до 0 (в наиболее неблагоприят- 20 ном режиме при нагрузке. максимально отличающейся от номинальнои), Изменение иллюстрируется диаграммами на фиг. 3 r, д. е, ж, где показано положение импульсов управления стабилизирующего тирис-ора 25

11 и циркуляционного тока через него, Если импульс управле>>ия, liocTóïàloщий на тиристор 11, сдви»ут li0 фазе на угол г, близкий к 0,25 Т, то коммутирующий к >нденсатор 8 практически перезаряжei (фиг. 30

Зв, г, д), поэгому стабилизирующий гиристор 11 включается на > "роткое время и приводит незначительный цир;;уляционный ток, Влияние на процессы B инверторе циркуляционного тока незначительно .1 потери 35 от него несущественны, Однако; еcTvocTb внешней характеристики пэвь>ша> тся.

Дальнейшее уменьшение г приводит к увеличению длительности проводящего состояния тиристора 11 и амплитуды тока че- 40 реэ него (фиг. 3 в, ж), возрастает входное сопротивление инвертора и снижаогся потребление энергии от источника n>iTB>;Lirl и потери в элементах инвертора. При этом циркуляционный ток зависит оТ режима, 45 всегда минимально возможен, lTO обеспечивает низкие потери в элементах и высокий КПД инвертора. Измеренные ток и напряжение являются наиболее представительными параметрами, контроль которых 50 позволяет оптимально контролировать соотношение выходная мощность — мощность потерь.

Устройство для реализации способа функционирует следующим образом. 55

Управляемый задающий генератор 27 вырабатывает импульсы с периодом Г, которые через распределитель 28 подаются на формирователи 29 и 30 и через выходные каскады 31 и 32, усиливающие импульсы до требуемой амплитуды, на тиристоры диагоналей моста инвертора 33. Формирователи

29 и30 служатдля формирования импульсов необходимой длительности, обеспечивающей экономичное и надежное включение тиристоров инвертора 33. Если напряжение на коммутирующем конденсаторе и ток тиристоров инвертора 33 ниже нижних rlpeдельных уровней, что соответствует номинальному режиму работы инвертора, элемент 39 отключает выход задающего генератора 27 от входа блока 40. При этом запрещена подача импульсов управления на стабилизирующий тиригтор Г возрастанием напряжения на комму1иру>ощем конденсаторе или тока тирисTopoe моста инвертора 33, когда режим работы инвертора не соответствует номинальнoму, ÷To выз ы в а е т с я, например, >1з м е» е >-> и е м сопротивления нагрузки от нок1., >:lel ного значения для инвертора 33, возраста QT cLII налы на выходах датчиков 34 и 35, следовательно, и на выходе элемента 36 и блока 37.

Если при этом напряжеHL1e на коммутирующем конденсаторе и ток fL1pl1cTopoB h1e>ll,ше верхних предельных уров>1ей, элемент 39 находится в исходном состоянии и выход генератора 27 отключен от входа блока 40. > >1пульсы управления на стабилиз>1рую.ций тИРИСтОР НЕ ПОСтУПаЮт. РЕГУ>>ИРУЕтСЯ B ф кции измеренных напряжени< li тс „> ч lcToта задающего генератора 27 по си налу рассогласования между напряжением с выхода элемента 36 и напряжением с ьь-.хода источника 38 L1 с выхода блока 37 При э1ом с возрастанием тока и»апряже;>ия чзстог генератора 27 снижаетсч и наоборот.

При превышении напряжением >1а коммутирующем конденсаторе или током тирисТороВ верхних предельных уровней, что соответствует более высокому ур lBHIQ сигнала на выходе блока 37, элемент 39 подключает выход генератора 27 к входу бло.;а

40, Импульсы генератора 27 через блок 40, формирователь 41 и выходной каскад 42 поступают на стабилизирующ>1>1 тиристор. Далее осуществляется регулирование в функции измеренных тока и напряжения угла фазового сдвига т между моментами отпирания тиристоров моста и стабилизирующего тиристора по сигналу с выхода блока 37. Уровень сигнала >la выходе блока 37, соответствующий моменту срабатывания элемента 39, обеспе >ивает задержку импульсов генератора 27 блоком 40 на

0,25 Т, Дальнейшее увеличение сигнала на выходе блока 37 при возрастании напряжения на коммутирующем конденсаторе или тока тиристоров мос1а приводит к уменьше1626311 нию фазового сдвига т в диапазоне от

0257 до0, При использовании описанного способа КПД инвертора при работе на изменяющуюся нагрузку повышается на 5-7%, Во 5 всех возможных режимах работы минимиэируется и.-.и ото-;ствует циокуля ионный ток, проTt зющий через стабилизирующий тиристор. В г.еэультате поддерживается огтимальное соотношение гыходная мощ- 10 ность — мощнг-..ть потерь при требуемой жесткости в;,шней характеристики. При этом жесткость BHÿøíeé характеристики может быть повышена. так как коэффициент распреде .ния индуктивностей К в схеме 15 может иметь меньшее значение при сохранении выходной мо.цности и КПД на самом высоко " (г оэмо-кно 1) гров е в номинальном режиме, Повышается так«е надежность работы 20 инвертор.-. . и у.-,i-i ается установленная мощность обор,доь-.:ни; эа счет более жесткой вне i .ой арзкгаристики в диапазоне изменени" параметров нагрузки и выполнения инвертора н-1 заданную мощность. 25

Формула изобретения

Способ „пра-ленив инверторс, содержащим тирис орный мо:т с ко;:.. утирующим конденсатором и стабилизирующим тиристором. заключающийся в том, то фор- 30 мируют MMllvllbcbl управления и подают их на тиристорь диагоналей моста с фазовым сдвигом в половину периода Т выходной частоты инвертопа и на стабилизирующий тиристор с фазовым сдвигом относительно моментов подачи импульсов управления на тиристоры моста, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД инвертора, задают нижние и верхние предельные уровни напряжения на коммутирующем конденсаторе и тока тиристоров моста, измеряют напряжение на коммутирующем конденсаторе и ток тиристоров моста, сравнивают измеренные величины с заданными предельными уровнями, если измеренные напряжение и ток меньше нижних предельных уровней, запрещают подачу импульсов управления на стабилизирующий тиристор, если измеренные величины выше нижних и ниже верхних предельных уровней, регулируют в функции измеренных напряжения и тока частоту подачи импульсов управления тиристорами моста, причем при возрастании тока и напряжения частоту уменьшают и наоборот, если измеренные напряжение или ток выше верхних предельных уровней, фиксируют частоту подачи импульсов управления тиристорами моста на достигнутом уровне, разрешают подачу импульсов управления на стабилизирующий тиристор, регулируют в функции измеренных тока и напряжения значение фазового сдвига г в пределах 0,25 Т > г >, причем с возрастанием напряжения или тока величину

Х уменьшают.

1626311

Щгг. 5

Составитель В.Миронов

Техред М,Моргентал Корректор Н.Король

Редактор С.Пекарь

Заказ 282 Тираж 378 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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