Способ управления резонансным инвертором

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к преобразователям с резонансными колебательными контурами . Цель изобретения - повышение устойчивости работы резонансного инвертора. Устройство, реализующее данный способ, содержит два колебательных контура, в состав которых входят ключи с двухсторонней проводимостью 1, 2, зашунтированных диодами 3, 4, дроссели 5, 6 на магнитопроводах, дроссели 7, 8 насыщения, конденсаторы 9, 10. Колебательные контуры подключены к источнику питания и к клеммам 11, 12 так, что между конденсаторами 9, 10 образована средняя точка 13. Нагрузка инвертора подключена между точкой 13 и средней точкой 14 источника питания. Дроссели 5, 6 имеют дополнительные обмотки 15, 16, имеющие связь с рабочими обмотками этих дросселей. Обмотки 15, 16 включены на входы соответствующих выпрямителей 17, 18 с LC-фильтрами 19, 20. Принцип действия устройства состоит в том, что изменяют среднее напряжение на контурах ячейки, формируют управляющий сигнал, пропорциональный их разности , которым далее воздействуют на параметры дросселей 5, 6 или конденсаторов 9, 10 таким образом, что для контура с отрицательной разностью их уменьшают, а при положительной увеличивают. 3 ил. §

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCNOMY СВИДатиаСтВМ (51)5 Н 02 М 1(08 (2i) 4677552/07 (22) 27.04.89 (46) 15.04.91. Бюл. Р 14 (72) Ю.В.Зверев, Е.Б.Герасимов и С.С.Чернов (53) 621 . 314 (088 . 8) (56) Бельян Р.Х, Сиверс М.А. Тиристорные генераторы и инверторы. М.:

Знергоиздат, 1982, с.68, 69, 223.

Бельян P.Õ., Сиверс N.À. Тиристорные генераторы и инверторы. М.:

Энергоиздат, 1982, с.99. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫМ

ИНВЕРТОРОМ (57) Изобретение относится к электро. технике, а именно к преобразователям с резонансными колебательными контурами. Цель изобретения — повышение устойчивости работы резонансного инвертора. Устройство, реализующее данный способ, содержит два колебательных контура, в состав которых входят, ключи с двухсторонней проводимостью 1, 2, зашунтированных диодами

Изобретение относится к электротех. нике, а именно к способам управления резонансными инверторами, в том числе полумостовыми, мостовыми и многофазными, содержащими соответственно одну, две или больше ячеек из двух после.довательно подключенных к источнику питания колебательных контуров, имеющих в своем составе нелинейные дросселя..,Я0.„1642561 А 1

3, 4, дроссели 5, 6 на магнитопроводах, дроссели 7, 8 насыщения, конденсаторы 9, 10. Колебательные контуры подключены к источнику питания и к клеммам 11, 12 так, что между конденсаторами 9, 10 образована средняя точка 13. Нагрузка инвертора подключена между точкой 13 и средней точкой 14 источника питания.

Дроссели 5, 6 имеют дополнительные обмотки 15, 16, имеющие связь с рабочими обмотками этих дросселей.

Обмотки 15, 16 включены на входы соответствующих выпрямителей 17, 18 с

LC-фильтрами 19, 20. Принцип действия устройства состоит в том, что изменяют среднее напряжение на контурах ячейки, формируют управляющий сигнал, пропорционаЛьный их pasности, которым далее воздействуют на параметры дросселей 5, 6 или конденсаторов 9, 10 таким образом, что для контура с отрицательной разностью их уменьшают, а при положительной увеличивают. 3 ил.

Целью изобретения является повышение устойчивости работы инвертора.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы, на фиг. 3 — дроссель насыщения с поперечной подмагничивающей обмоткой, вариант конструкции.

На фиг.2,а,б показана форма сигналов управления тиристоров, на

1642561

25 фиг.2,в — колебания потенциала средней точки при рабочем режиме, на фиг. 2,r - колебание потенциала средней точки при входе в опасный устойчивый режим.

Импульсы управления на ключи колебательных контуров подают в противофазе и с частотой, составляющей

0,5-0,75 частоты свободных колебаний контуров Измеряют средние напряжения на контурах стойки. Формируют управляющий сигнал, например ток, пропорциональный разности средних напряжений. Управляющим сигналом воздействуют на дроссель насыщения одного из контуров ячейки, изменяя его индуктивность. В данном случае управляющий сигнал - это ток подмагничивания, KoTopblH подают B поперечную обмотку подмагничивания дросселя насыщения того контура, среднее напряжение на котором меньше. Нри возрастании разности средних напряжений на контурах ячейки ток подмагничивания пропорционально увеличивают, уменьшая индуктивность дросселя насыщения, за счет чего ограничивают увеличение разности средних напряжений на контурах. 30

Перечисленная последовательность операций по управлению работой ре зонансного инвертора реализуется в устройстве, схема которого показана на фиг.1. Полумостовая схема инвер 35 тора содержит. два колебательных контура, в состав которых входят ключи с двусторонней проводимостью на основе тиристоров 1, 2, зашунтированных обратными диодами 3, 4, рабо 40 чие дроссели 5, 6 на магнитоводах с зазорами, дроссели 7, 8 насыщения и конденсаторы 9, 10. Колебательные контуры последовательно подключены клеммами 11, 12 к источникУ питания . 45

U так, что между конденсаторами 9, 10 образована средняя точка 13. Нагрузка инвертора включается между точкой 13 и средней точкой 14 источника питания. Рабочие дроссели 5, 6

50 имеют дополнительные обмотки 15, 16, имеющие хорошую связь с рабочими обмотками этих дросселей. Обмотки 15, 16 включены на входы соответствующих выпрямителей 17, 18 с T.Ñ-фильтрами 19, 20. На выходе каждого фильт.55 ра включейы резисторы 21, 22. Отрицательные выходные выводы .23, 24 фильтров 19, 20 соединены. Положи" тельные выходные выводы 25, 26 фильтров 19, 20 подключены оба к управляющим входам 27, 28 ключа 29 и входам

30, 31 ключа 32. Кроме того, выводы

25, 26 через выпрямитель 33 подключены на управляющий вход широтно-импульсного модулятора 34, управляющего работой импульсных регуляторов 35, 36 напряжения, подключенных клеммами

37, 38 и 39, 40 к источникам питания

U< и Ug..Выходы постоянного тока импульсного тока импульсных регуляторов

35-, 36 через ключи 29 и 32 подключены соответственно к обмоткам 41, 42 поперечного подмагничивания дросселей 7, 8 насыщения. Один из возможных вариантов конструктивного исполнения дросселя насыщения с поперечной подмагничивающей обмоткой показан на фиг.3. Дроссель выполнен на магнитопроводе из феррита с петлей гистереэиса, близкой к прямоугольной.

В центральном стержне магнитопрово а выполнено продольное отверстие, ерез которое проходят проводники бмотки поперечного подмагничивания

1 (42). Выходы широтно-импульсного модулятора 34 гальванически развязаны от управляющих входов импульсных регуляторов 35, 36 напряжения.

Импульсы управления на ключи t 2 подаются с частотой, составляющей

0,5-0,75 частоты колебаний контуров инвертора при отсутствии тока подмагничивания в обмотках 38, 39. В рабочем режиме средние напряжения на колебательных контурах равные (фиг.2,в). Стартовое напряжение на конденсаторе 9 UQT9 при открывании тиристора 1 равно стартовому напряжению U T« H K H eH o e 10 второго контура в момент отпирания тиристора 2. Напряжения на обмотках

15, 16 дросселей 5, 6 пропорциональны напряжению на контурах. При помощи выпрямителей 17, 18 и фильтров 19, 20 на резисторах 21, 22 формируется постоянное напряжение, пропорциональное среднему напряжению на соответствующем контуре.

Резисторы 2t 22 соединены так, что на выводах 25, 26 имеет место разность постоянных напряжений на этих резисторах, т.е. напряжение, пропорциональное разности средних напряжений на контурах инвертора. В рабочем режиме оно близко к нулю.

Ключи 29, 32 закрыты, ток в обмот16425 ках 4 1, 42 подмагничивания не протекает.

Пусть по какой-либо причине, например вследствие ручной настройки режимов управления инвертора, изме5 нилась фаза сигналов управления тиристорами ячейки. Предположим, что отпирающие импульсы напряжения на тиристоры стойки стали поступать позднее. В этом случае стартовое ! напряжение П, на конденсаторе 9 меньшем, чем в рабочем режиме (фиг.2,г). Время насыщения дросселя 7 возрастает, уменьшается и амплитуда колебаний в контуре, поэтому к моменту включения тиристора 2 стартовое напряжение U T, на конденсаторе 10 становится меньше, чем в рабочем режиме. Дроссель насьпце- 20 ния этого контура насыщается быстрее, амплитуда колебаний в контуре вьппе, чем в рабочем режиме. В результате стартовое напряжение на конденсаторе 9 к моменту отпирания тиристора 1 становится еще меньше.

При отсутствии в схеме элементов с 15 по 39 далее постепенно инвертор может переходить в опасное устойчивое состояние, когда на верх- 30 нем контуре размах колебаний близок к нулю, а на втором контуре близок к удвоенному напряжению питания.

Однако, как отмечалось вьппе, на выводах 25, 26 формируется напряжение, пропорциональное разности средних напряжений на контурах стойки инвертора. В рассмотренной ранее ситуации потенциал вывода 26 вьппе, 40 чем вывода 25. Такое напряжение является отпирающим для ключа 29 и запирающим для ключа 32.

Напряжение с выводов 25, 26 подается на управляющий вход широтно- 45 импульсного модулятора 34 через выпрямитель 33, что делает работу блоков 34, 35, 36 независимой от полярности напряжения на выводах 25, 26. Широтно-импульсный модулятор 50 формирует последовательность импульсов, скважность которых зависит от напряжения на его управляющем входе, т.е. от.величины напряжения в точках 25, 26. Напряжение на гальвани- 55 чески развязанных выходах блока. 34 (условно показаны трансформаторы) совпадает по амплитуде и скважности.

Таким образом, выходы регуляторов .

61 6

35, 36 представляют два полностью развязанных источника постоянных напряжений, изменяющихся пропорционально разности средних напряжений на колебательных контурах ячейки инвертора.

Поскольку ключ 29 открыт, а ключ

32 закрыт, то блок 35 нагружен на обмотку 44, а блок 36 работает вхолостую (при обратном распределении средних напряжений на контурах стойки блок 36 нагружен на обмотку 42 а блок 35 не нагружен). Ток в обмотке 41 определяется напряжением на выходе регулятора 35 и полным сопротивлением контура (при необходимости могут быть введены токоограничивающие резисторы). Так как напряжение пропорционально разности средних напряжений на контурах, то и ток в обмотке подмагничивания пропорционален указанной разности. Постоянный ток подмагничивания в обмотке 4 1 способствует более быстрому насыщению магии. топровода дросселя 7, вследствие чего колебание в контуре в рассматриваемой ситуации заканчивается при большем напряжении, чем в случае отсутствия подмагничивания. Поэтому стартовое напряжение на конденсаторе

10 не столь сильно отличается от рабочего режима, а это препятствует переходу инвертора в опасное устойчивое состояние.

Другой случай. Импульсы управления на ключи колебательных контуров стойки подают в противофазе и с частотой, составляющей 0,5-0,75 частоты свободных колебаний контуров. Измеряют средние напряжения на контурах стойки. Формируют управляющий сигнал, например ток, пропорциональный разности средних напряжений. Управляющим сигналом воздействуют на нелинейный рабочий дроссель (определяющий вместе с конденсатором частоту свободных колебаний контуров) одного из колебательных контуров стойки, изменяя его индуктивность. В данном случае управляющий сигнал — это ток подмагни" чивания, который подают в поперечную обмотку подмагничивания рабочего дросселя того контура, среднее напряжение на котором меньше. При возрастании разности средних напряжений на контурах ячейки ток подмагничивания пропорционально увеличивают, I уменьшая индуктивность дросселя. Час1642561 щается, в результате индуктивность дросселя 5 уменьшается. Частота свободных колебаний верхнего контура увеличивается, что компенсирует возрастание времени насыщения дросселя

7 насыщения. В результате колебание в контуре заканчивается при большем напряжении, чем при отсутствии под- магничивания. Поэтому стартовое напряжение на конденсаторе 10 не намного" отличается от рабочего режима, что препятствует переходу инвертора в опасное устойчивое состояние.

Третий случай. Импульсы управления на ключи колебательных контуров стойки подают в противофазе и с час-. тотой, составляющей 0,5-0,75 частоты свободных колебаний контуров. Измеряют средние напряжения на контурах ячейки. Формируют управляющий сигнал, пропорциональный разности средних напряжений. Управляющим сиг40

50

55 тота колебаний в контуре возрастает, за счет чего ограничивают увеличение разности средних напряжений на контурах.

Перечисленная последовательность

5 операций реализуется в устройстве, схема которого совпадает со схемой на фиг ° 1 с той разницей, что обмотки 41

42 поперечного подмагничивания выпол- 10 иены на рабочих дросселях 5, 6. Конструктивно рабочие дроссели 5, 6 выполнены так, как показано на фиг.3, с той разницей, что между половинками разъемного магнитопровода имеется не- 15 магнитный зазор. Материал магнитопровода рабочих дросселей не обязан обладать прямоугольной петлей гистерезиса.

Устройство работает аналогично,. 20 описанному в первом случае. Отличие заключается в том, что результатом воздействия тока подмагничивания, протекающего по обмотке 41, являешься изменение индуктивности ра- 25 бочего дросселя 5, что приводит.к изменению частоты свободных колебаний в контуре на некоторую величину, достаточную для компенсации изменения времени насыщения дросселя 7. 30

Так, если среднее напряжение на верхнем контуре уменьшилось, а на нижнем увеличилось, то ток подмагничивания в обмотке 41 при возрастании разности средних напряжений возрастает, магнитопровод рабочего дрос- . селя 5 в известной степени насыналом воздействуют на конденсатор переменной емкости (определяющий вместе с рабочим дросселем частоту свободных колебаний контуров) одного из колебательных контуров стойки, изменяя его емкость. В данном случае характер управляющего сигнала определяется типом переменного конденсатора. Пусть изменение его емкости достигается механическим перемещением обкладок, управляющим сигналом является сила, осуществляющая это перемещение. Лля ее создания может быть использован электромагнит, положение якоря которого зависит от тока в обмотке. В этом случае схема на фиг. 1 вместо обмоток 41, 42 подмагничивания содержит обмотки электромагнитов, якори которых механически связаны с подвижными частями конденсаторов 9, 10 таким образом, что прн увеличении тока в обмотках электромагнитов емкость конденсаторов уменьшается. Устройство работает аналогично описанному в предыдущем случае, с той разницей, что изменение частоты свободных колебаний производится за счет изменения емкости конденсаторов контуров. Пусть среднее напряжение на верхнем контуре уменьшилось, на нижнем увеличилось. Ток в обмотке электромагнита, якорь которого связан с подвижной частью конденсатора 9, увеличился. Емкость конденсатора 9 уменьшается, частота свободных колебаний в контуре возрастает, что компенсирует возрастание времени насыщения дросселя 7 насыщения. Этим достигается повышение устойчивости рабочего режима устройства.

В качестве электромагнита, выполняющего перечисленные выше функции, может быть использовано известное устройство, применяемое в электромагнитных измерительных приборах.

В приведенных примерах управляющим сигналом воздействуют на дроссель или конденсатор только контуры с меньшим средним напряжением. Между тем, возможно такое применение предлагаемого способа, где управляющим сигналом воздействуют на контур с большим средним напряжением. В этом случае ток подмагничивания дросселя при возрастании разности средних напряжений уменьшают, а подвижная часть конденсатора переменной емкости должна быть связана с якорем соответствую1642561 щего электромагнита таким образом, чтобы при возрастании тока в обмотке электромагнита емкость конденсатора увеличивалась.

Коммутация обмоток 41, 42 осуществляется нужным образом при смене про водимости входных транзисторов клю чей 29, 32. Если ключи 29, 32 выполнены на единственном транзисторе, как это показано íà фиг.1, то со сменой их на транзисторы другой проводимости требуется также изменить полярность напряжения на выходе регуля- 15 торов 35, 36.

Таким образом, описываемый способ управления позволяет повысить устойчивость рабочего режима инвертора

20 при изменении фазы управляющих сигналов, подаваемых на ключи ячейки.

Формула изобретения

Способ управления резонансным инвертором, содержащим одну нли несколько ячеек из двух последовательно подключенных к источнику питания колебательных контуров, заключакнцийся s том, что управляющие импульсы на ключи колебательных контуров подают в противофазе и с частотой, составляющей не менее половины частоты собственных колебаний колебательных контуров, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости работы резонансного инвертора, измеряют среднее напряжение . на обоих колебательных контурах ячейки и у контура с меньшим значением среднего напряжения уменьшают параметры его элементов или у контура с большим значением среднего напряжения увеличивают параметры его элементов.

1642561

Корректор Л.Патай

Редактор Т.Клюкина

Заказ 1434 Тираа 393 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

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

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

Ь

Составитель Е. Калинкин

ТехРед С,Мигунова