Способ пуска параллельного инвертора тока

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках питания для индукционных нагревателей. Изобретение обеспечивает расширение области применения способа пуска параллельного инвертора тока (ИТ) с самовозбуждением на двухоперационных вентилях (ВН). Способ пуска ИТ, содержащего ВН, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке (НА), заключается в формировании и подаче пусковых импульсов управления (ИУ) на ВН, формирующие прямую и обратную полуволны тока в НА, с момента подачи сигнала пуска (СП), снятии пусковых ИУ, формировании и поочередной подачи основных ИУ на ВН, формирующие прямую и обратную полуволны тока в НА. Задают уровень напряжения (УН). Измеряют УН на входе ИТ. Сравнивают УН на входе ИТ с заданным УН. СП подают при превышении УН на входе ИТ заданного УН. Задают первый и второй временные интервалы (ВИ). Формируют и подают пусковые ИУ одновременно на ВН, формирующие прямую и обратную полуволны тока в НА. По истечении первого ВИ снимают пусковые ИУ с ВН, формирующих прямую полуволну тока в НА. По истечении второго ВИ снимают пусковые ИУ с ВН, формирующих обратную полуволну тока в НА. Далее формируют и поочередно подают основные ИУ на ВН, формирующие прямую и обратную полуволны тока в НА. Технический результат - расширение области применения. 3 ил.

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления установок индукционного нагрева.

Известен способ пуска инвертора с самовозбуждением, содержащего вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, и вспомогательный инвертор, заключающийся в формировании и подаче пусковых импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, и на вентили вспомогательного инвертора с момента подачи сигнала пуска, снятии пусковых импульсов управления, формировании и поочередной подаче основных импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке (Патент USA 4638418, H 02 P 1/04. Power inverter / Jonathan A., 1987).

Недостатком способа пуска является узкая область применения. При применении способа пуска в параллельном инверторе тока, содержащем двухоперационные вентили, из-за высоких коммутационных потерь и перенапряжений при включении и выключении вентилей на временном интервале пуска, большой длительности временного интервала пуска, высокой сложности реализации надежность работы инвертора тока в пусковых режимах снижается.

Известен способ пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, заключающийся в формировании и подаче пусковых импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, с момента подачи сигнала пуска в момент достижения мгновенным значением напряжения на нагрузке заданного уровня, снятии пусковых импульсов управления при приближении выходной частоты параллельного инвертора тока к частоте собственных колебаний цепи нагрузки, формировании и поочередной подаче основных импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке (Патент USA 4589059, Н 02 М 5/458. Method of starting a current-fed inverter with self-excitation/MorihicoT. - 1986).

Недостатком способа пуска является узкая область применения. При применении способа пуска в параллельном инверторе тока, содержащем двухоперационные вентили, из-за высоких коммутационных потерь и перенапряжений при включении и выключении вентилей на временном интервале пуска, большой длительности временного интервала пуска, высокой сложности реализации надежность работы инвертора тока в пусковых режимах существенно снижается.

Известен способ пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, заключающийся в формировании и подаче пусковых импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, с момента подачи сигнала пуска в момент равенства входного тока и тока нагрузки, снятии пусковых импульсов управления в момент равенства максимального значения напряжения на нагрузке заданному уровню, формировании и поочередной подаче основных импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуводны тока в нагрузке (А.с. СССР 1283916, МКИ Н 02 М 7/48. Способ пуска параллельного инвертора тока / Пивняк Г.Г., Выпанасенко С. И. // БИ - 1987. - N 2).

Данный способ пуска параллельного инвертора тока является наиболее близким к заявляемому и выбирается в качестве прототипа.

Недостатком способа пуска является узкая область применения. При применении способа пуска в параллельном инверторе тока, содержащем двухоперационные вентили, из-за высоких коммутационных потерь и перенапряжений при включении и выключении вентилей на временном интервале пуска, большой длительности временного интервала пуска, высокой сложности реализации надежность работы инвертора тока в пусковых режимах существенно снижается.

Изобретение направлено на решение задачи расширения области применения способа пуска параллельного инвертора тока, что является целью изобретения.

Указанная цель достигается тем, что в способе пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, заключающемся в формировании и подаче пусковых импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, с момента подачи сигнала пуска, снятии пусковых импульсов управления, формировании и поочередной подаче основных импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, задают уровень напряжения, измеряют уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока, сравнивают уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока с заданным уровнем напряжения, сигнал пуска подают при превышении уровнем напряжения на входе параллельного инвертора тока заданного уровня напряжения, задают первый и второй временные интервалы, формируют и подают пусковые импульсы управления одновременно на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, по истечении первого временного интервала снимают пусковые импульсы управления с двухоперационных вентилей, формирующих прямую полуволну тока в нагрузке, по истечении второго временного интервала снимают пусковые импульсы управления с двухоперационных вентилей, формирующих обратную полуволну тока в нагрузке и далее формируют и поочередно подают основные импульсы управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является расширение области применения способа пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили. Способ пуска может быть применен и обеспечивает высокую надежность работы параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, за счет малой длительности интервала пуска, снижения коммутационных потерь и перенапряжений на вентилях в пусковых режимах, существенного упрощения реализации устройства, надежности пуска.

Расширение области применения способа пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями и порядком их осуществления в способе пуска, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа пуска параллельного инвертора тока являются существенными.

На фиг.1 приведена схема параллельного инвертора тока на двухоперационных вентилях, на фиг.2 - схема устройства для реализации способа пуска, на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие способ пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением.

Способ пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, заключается в формировании и подаче пусковых импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, с момента подачи сигнала пуска, снятии пусковых импульсов управления, формировании и поочередной подаче основных импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. При этом задают уровень напряжения. Измеряют уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока. Сравнивают уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока с заданным уровнем напряжения. Сигнал пуска подают при превышении уровнем напряжения на входе параллельного инвертора тока заданного уровня напряжения. Задают первый и второй временные интервалы. Формируют и подают пусковые импульсы управления одновременно на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. По истечении первого временного интервала снимают пусковые импульсы управления с двухоперационных вентилей, формирующих прямую полуволну тока в нагрузке. По истечении второго временного интервала снимают пусковые импульсы управления с двухоперационных вентилей, формирующих обратную полуволну тока в нагрузке. Далее формируют и поочередно подают основные импульсы управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке.

Параллельный инвертор тока содержит мост на четырех транзисторах 1-4 с компенсирующим конденсатором 5 в диагонали переменного тока, шунтирующим выходные выводы 6, подключенный к входным выводам параллельного инвертора тока через дроссель фильтра 7.

Параллельный инвертор тока с самовозбуждением работает следующим образом. Транзисторы диагоналей моста 1, 4 и 2, 3 включаются поочередно. При работе транзисторов 1, 4 формируется прямая полуволна тока в нагрузке, а при работе транзисторов 2, 3 - обратная полуволна тока. Конденсатор 5 обеспечивает условия коммутации транзисторов диагоналей моста 1, 4 и 2, 3 и компенсацию реактивности индуктора 6. Инвертор тока представляет собой инвертор с закрытым входом. Индуктивность дросселя фильтра 7 выбирается из условия полного сглаживания входного тока инвертора, что обеспечивает незначительное возрастание тока через транзисторы 1-4 в интервале коммутации. Момент коммутации транзисторов 1-4 определяется собственной частотой нагрузочного контура параллельного типа, образованного компенсирующим конденсатором 5 и индуктором 6.

Устройство для реализации способа пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, содержит последовательную цепь, состоящую из компаратора 1, на входы которого подается сигнал напряжения на входе инвертора тока и сигнал задания уровня напряжения на входе инвертора тока, элемента И 2, формирователя импульса 3, второго формирователя импульса 4, второго элемента И 5, триггера 6, выходного каскада 7, выходы которого соединены с управляющими электродами вентилей, формирующих прямую полуволну тока в нагрузке, второй выходной каскад 8, выходы которого соединены с управляющими электродами вентилей, формирующих обратную полуволну тока в нагрузке, устройство задания сигнала пуска 9, выход которого подключен к второму входу элемента И, нуль-орган 10, на вход которого поступает сигнал, пропорциональный мгновенному значению напряжения на компенсирующем конденсаторе, а выход которого соединен с вторым входом второго элемента И. Выход элемента И соединен с вторыми входами выходных каскадов. Выход формирователя импульса соединен с третьими входами выходных каскадов.

Устройство для реализации способа пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением работает следующим образом. В исходном состоянии на выходе компаратора 1 присутствует запирающий сигнал для элемента И 2. Выходные каскады 7, 8 при этом отключают все транзисторы моста инвертора тока. Триггер 6 находится в одном из устойчивых состояний. При превышении напряжением uв на входе инвертора тока заданного уровня напряжения U срабатывает компаратор 1 и на его выходе формируется отпирающий сигнал, который поступает на вход элемента И 2. По сигналу с устройства задания сигнала пуска 9 на выходе элемента И 2 формируется разрешающий сигнал на включение транзисторов инвертора тока, который поступает на вторые входы выходных каскадов 7, 8. Одновременно по фронту сигнала на выходе элемента И 2 осуществляется запуск формирователя импульса 3. Сигнал с выхода формирователя импульса 3 поступает на третьи входы выходных каскадов 7, 8. При этом осуществляется одновременное включение всех транзисторов моста инвертора тока. Длительность импульса на выходе формирователя импульса 3 соответствует первому временному интервалу задания. По истечении интервала происходит снятие пусковых импульсов с вентилей, формирующих прямую полуволну тока в нагрузке, и их выключение. Одновременно по срезу импульса с выхода формирователя импульса 3 запускается второй формирователь импульса 4. Формирователь импульса 4 вырабатывает запирающий сигнал для второго элемента И 5, длительность которого соответствует второму временному интервалу задания. В интервале действия импульса на выходе формирователя импульса 3 происходит нарастание входного тока инвертора тока до заданной величины, обеспечивающей надежный пуск. В интервале действия импульса на выходе второго формирователя импульса 4 второй элемент И 5 находится в отключенном состоянии и сигнал с выхода нуль-органа 10 не может изменить состояния триггера 6, что предотвращает его переключение в режиме пуска инвертора тока. Длительность второго временного интервала выбирается из условия окончания переходного процесса на начальном интервале заряда компенсирующего конденсатора входным током инвертора. По истечении второго интервала на выходе второго формирователя импульса 5 вырабатывается разрешающий сигнал для второго элемента И 5. Так как триггер 6 не изменил своего состояния на предыдущем интервале работы, транзисторы моста инвертора тока, формирующие обратную полуволну тока в нагрузке, остаются во включенном состоянии до момента переключения триггера 6 по сигналу нуль-органа 10. По окончании второго временного интервала инвертор тока переходит в режим самовозбуждения. Выходная частота инвертора тока в режиме самовозбуждения определяется собственной частотой нагрузочного контура, образованного компенсирующим конденсатором и индуктором. Синхронизация осуществляется по сигналу, формируемому на выходе нуль-органа 10.

На временных диаграммах приведены соответственно: сигнал F1 на выходе выходного каскада 7, сигнал F2 на выходе второго выходного каскада 8, сигнал u5 на входе нуль-органа 10 и сигнал u0 на выходе нуль-органа 10. Интервал времени t1-t0 соответствует первому временному интервалу, интервал t2-t1 - второму временному интервалу. Переключения транзисторов диагоналей моста инвертора тока производятся в моменты времени t3, t4. В момент времени t2 инвертор тока переходит в режим самовозбуждения. Сигнал F1 с выхода выходного каскада 7 поступает на транзисторы диагонали моста инвертора, формирующие прямую полуволну тока в нагрузке. Сигнал F2 с выхода второго выходного каскада 8 поступает на транзисторы диагонали моста инвертора, формирующие обратную полуволну тока в нагрузке. Сигнал u5 на входе нуль-органа 4 соответствует (пропорционален) выходному напряжению инвертора тока.

По сравнению с прототипом расширяется область применения способа пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили. Способ пуска может быть применен и обеспечивает высокую надежность работы параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, за счет обеспечения малой длительности интервала пуска, снижения коммутационных потерь и перенапряжений на вентилях в пусковых режимах, существенного упрощения реализации устройства, надежности пуска.

Способ пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, заключающийся в формировании и подаче пусковых импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, с момента подачи сигнала пуска, снятии пусковых импульсов управления, формировании и поочередной подачи основных импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, отличающийся тем, что задают уровень напряжения, измеряют уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока, сравнивают уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока с заданным уровнем напряжения, сигнал пуска подают при превышении уровнем напряжения на входе параллельного инвертора тока заданного уровня напряжения, задают первый и второй временные интервалы, формируют и подают пусковые импульсы управления одновременно на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, по истечении первого временного интервала снимают пусковые импульсы управления с двухоперационных вентилей, формирующих прямую полуволну тока в нагрузке, по истечении второго временного интервала снимают пусковые импульсы управления с формирующих обратную полуволну тока в нагрузке и, далее, формируют и поочередно подают основные импульсы управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке.