Устройство для управления автономным тиристорным инвертором

 

Союз Советски»

Социалистически»

Распубп»»к

OnИСАНИЕ

И ЗОВРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЙТВЛЬСТВУ

<1ц 657573 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлеио27.12. 76 (21) 2434075/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

2 (51) M. Кл.

Н 02 P 13/18

Гееударстееннмй нам»тат

СССР пе делам нзабретеннй н еткрытнй

Опубликоваио15.04.79.Бюллетень № 14 (53) УДK 621.316. .727(088.8) Дата опубликования описания 18.0 79

О. Г. Булатов, В. И. Олещук, Е. Е. Чаплыгин и В. А. Шитов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Московский ордена Ленина энергетический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ

ТИРИСТОРНЫМ HHBEPTOPON

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в автономных инверторах напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения.

Известны автономные инверторы напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения, получаемой при помощи трансформатора с секционированными обмотками, который подключается на выходе однофазного инвертора к вторичной стороне через систему соответствующих вентилей. Недостатком такого устройства является узкий диапазон регулирования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для управления инвертором с секционированным трансформатором, содержащее формирователь длительности импульсов, реализованный по вертикальному принципу, и распределитель импульсов управления. Устройство предназначено для управления автономным инвертором

Ключевое устройство по первичной стороне формирует разнополярные импульсы регулируемой длительности с частотой, превышающей выходную частоту инвертора. Синхронно с работой ключей на первичной стороне работают вентили вторичной стороны, подключающие нагрузку к определенным секциям трансформатора.

Функцией системы управления является формирование импульсов управления, длительность которых равна длительности импульсов формируемого выходного напряжения. Однако естественная коммутация вентилей в укаэанном инверторе возможна лишь при работе на нагрузку с близким к нулевому индуктивным или же с емкостным сдвигом основной гармоники выходного тока относительно основной гармоники выходного напряжения. Начиняя с некотс рых граничных значений коэффициентов

26 мощности активно-индуктивной нагрузки, зависящих ют числа импульсов на полупериоде выходного напряжения и их длительности, на вторичной стороне возможно об657573

2(елью изобретения является расширение диапазона работы инвертора на активно-индуктивную нагрузку с пониженными значениями коэффициента мощности. Это достигается тем, что предлагаемое устройство для управления автономным тирристорным инвертором напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения с числом уровней на полупериоде, равным Й, содержащее генератор тактовых импульсов, связанный через генератор опорного напряжения с компаратором, выход которого присоединен к логическому распределителю управляющих импульсов, присоединенный к компаратору источник ведущего сигнала, регистр, вход которого связан с генератором тактовых импульсов, и связанный с регистром реверсатор, прямой и инверсный выходы которого присоединены к логическому распределителю управляющих импульсов, дополнительно снабжено датчиком нуля тока нагрузки, двумя дифференцирующими цепями, элементом ИЛИ, триггером рекуперации и (N -2) каналами, каждый из которых содержит два триггера и три элемента И, причем вход элемента ИЛИ связан с прямым и инверсным выходами реверсатора через дифференцирующие цепи„ а выход - с М-входом триггера рекуперации, 8 - вход которого связан с датчиком нуля тока нагрузки, в каждом из дополнительных каналов Я - вход первого триггера через первый элемент И связан с инверсным выходом компаратора, выхоД дом триггера рекуперации и соответствующим выходом регистра, а Я - вход через второй элемент И присоединен к прямому выходу компаратора, инверсному выходу триггера рекуперации и указанному выходу регистра, R — - вход второго триггера через третий элемент И связан с выходом компаратора, следующим по отношению к ука занному выходом регистра и прямым выходом триггера рекуперации, à . 5 - вход

- с выходом элемента ИЛИ, выходы всех триггеров устройства связаны с логическим распределителем управляющих импульсов.

На фиг. 2 приведена схема силовой части автономного инвертора (с пятью . импульсами на полупериоде выходного напряжения, И -3); на фиг. 2 - структурная схема описываемого устройства управразование короткозамкнутых контуров протекания тока, минующих нагрузку. Указанные режимы являются аварийными. ления, на фиг. 3, а-в — временные диаграммы, поясняющие принцип его дойствия.

Устройство (см. фиг. 2) содержит генератор 1 тактовых импульсов, генератор

2 опорного напряжения, источник 3 ведущего сигнала, компаратор 4, логический распределитель 5 управляющих импульсов, регистр 6, реверсатор 7 (датчик полярности полуволны выходного напряжения), датчик 8 нуля тока нагрузки, дифференцирующие цепи 9 и, 10, элемент ИЛИ 11, триггер 12 рекуперации, первый 1 3 и второй 14 триггеры дополнительного канала и элементы И 15-17 дополнитель ного канала.

Т,, Т, Т, Р, Д, F и К - выходные сигналы элементов схемьц

А(, А и А - уровни выходного напряЪ жения.

Выходное напряжение инвертора формируется следующим образом.

В режиме Х (см. фиг. 3, а) энергия в нагрузке рассеивается при с < 1 и выходное напря>кение формируется, как пока2$ зано на этой диаграмме. При снижении коэффициента мощности нагрузки при

4 < 4< ток нагрузки не спадает до нуля, при этом происходит перевод устройства

ЗО в режим II (временная диаграмма на фиг. 3, б). Длительность первого импульса на полупериоде выходного напряжения продлевается до момента 1 = 1, при этом рассеивание (рекуперация) энергии, запа35 сенной в нагрузке, происходит ускоренно под действием напряжения, формируемого инвертором. Если устройство имеет контур стабилизации выходного напряжения, то при переводе устройства из режима Т в режим П импульсы выходного напряжения

О сужаются и момент смешается вправо.

Если же коэффициент мощностй нагрузки снизился до уровня, когда.в момент

1= ток нагрузки еше не спал до нуля, то включение вентилей, формирующих им45 пульс большей амплитуды, недопустимо, так как оно приводит к короткому замыканию цепи трансформатора, поэтому устройство переводится в оежим Ш, при ко56 тором первый импульс. продлевается до

Ькончания второго импульса в режимах и II (временная диаграмма на фиг.3,в).

При наличии контура стабилизации выходного напряжения при переводе из режима

II в режим Ш центральные импульсы выходного напряжения расширяются. Аналогично происходит обратный переход из режима Ш в режимы П и Х, при этом

Щзи наличии контура стабилизации функ657573 уровень А - при (2) А -Т KF, уровень А — при

А =Т К. (3) ционирование схемы устройства. Лля обеспечения хорошего гармонического состава выходного напряжения инвертора выходное напряжение во второй части четверти периода формируется симметрично первой четверти во всех режимах. При большем числе уровней выходного напряжения указанный принцип сохраняется: сначала продлевается импульс меньшей амплитуды, затем импульс большей амплитуды не формируется, вместо него продолжается формирование импульса меньшей амплитуды. Центральный импульс выходного напряжения сохраняется всегда, так как к началу его формирования ток нагрузки спадает до нуля. При пяти импульсах на полупериоде выходного напряжения и максимальной длительности импульсов это соответствует Cos Ч мин — С05972 -"

:=-0,3090, при семи импульсах -СОМ мин

0,22.

Указанный алгоритм реализуечся устройством управления (см. фиг. 2) следующим образом.

RS -триггер 12 рекуперации форми« рует сигнал Р, соответствующий временным интервалам, когда выходной ток и напряжение имеют разные знаки. Зля этого триггер 1 2 связан с датчиком 8 нуля тока нагрузки и реверсатором 7.

Если в момент t<. сигнал не равен нулю, то срабатывает первый R5 - триггер

13 дополнительного канала, формирующий сигнал 2 . Это срабатывание происходит при изменении напряжения на выходе компаратора 4 (появлении сигнала на выходе компаратора). Регистр 6, выходные напряжения которого соответствуют сигналам в тактах Т, Т, Т, Т и Т на первом полупериоде и сигйалам в тактах

Т, Т, Т, Г и Т„ »а втором полупериоде, в момент 4< находится в такте Т .

Триггер 13 через элемент И 15 связан с

KoMII8pQTopoM 4, триггером 12 и выходом регистра 6, соответствующим выдаче сигнала в такте Т . Сброс триггера 13 происходит симметрично центральному импульсу выходного напряжения при появлении на компараторе сигнала К, при этом регистр у

6 находится в такте Т, а на выходе триггера 12 имеется сигнал Р . B соответствии с этим триггер 1 3 через элемент

И 16 связан с компаратором 4, триггером 12 и регистром 6. Второй триггер 14 я дополнительного канала срабатывает.в момент Ь,. если при этом имеется сигнал

Р . Для этого его вход связан с компаратором, выходом регистра, соответствующим такту Т, и выходом триггера рекуперации. Сброс осуществляется при перебросе реверсатора в конце полупериода. Выходной функцией триггера 14 является сигнал F

Сигналы с выходов реверсатора 7, регистра 6, триггеров 12 — 14 и комнаратора 4 поступают на логический распределитель 5 управляющих импульсов, работа которого описывается (сигналы реверсатора опускают) следующими логическими управлениями

Уровень А (см, фиг. 3, a) формируется при

Д„=Т„ +Т„Э Т Р+Т К, (1) При большем количестве импульсов на полупериоде уравнение (1) содержит дополнительные члены, логические функции которых вырабатываются другими дополнительными каналами.

Таким образом, реализация предлагае- . мог о устройства управления позволяет не только исключить аварийные режимы при снижении коэффициента мощности нагрузки и тем самым повысить надежность схемы, но и сохранить работоспособность системы при довольно хорошем качестве выходного напряжения. В первую очередь это устройство может найти применение при работе инвертора на LC- фильтр.

В номинальных режимах выбор элементов фильтра позволяет обеспечить емкостный или активный характер входного сопротивления фильтра на основной частоте, однако в переходных режимах или при перегрузке инвертора по току коэффициент мощности на входе фильтра может резко снижаться, при этом применение данного уст. ройства позволяет сохранять работоспособность схемы при небольшом изменении гармонического состава выходного напряжения. При работе инвертора на двигатель среднестатический коэффициент мощности двигателя известен, следовательно, известен и типовой режим работы устройства управления. Коэффици нт трансформации секционированных обмоток силовой части может быть подобран для опти.,шзации гармонического состава выходного напряжения в этом режиме. Переход в другие

657573 режимы при изменении коэффициента мощности нагрузки сопровождается некоторыми изменениями спектрального состава выходного напряжения. Достоинствами

Ф предложенного устройства являются также возможность работы при переменной выходной частоте, высокое быстродействие и устойчивость функционирования при замкнутом контуре регулирования выходного чапряжения.

Формула изобретения

Устройство для управления автономным тиристорным инвертором напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения с числом уровней на полупериоде, равным М, содержащее генератор тактовых импульсов, связанный через генератор опорного напряжения с компаратором, выход которого присоединен к логическому распределителю управляющих импульсов, присоединенный к комиаратору источник ведущего сигнала, регистр, вход которого связан с генератором тактовых импульсов, и связанный с регистром реверсатор, пря» мой и инверсный выходы которого присоединены к логическому распределителю управляющих импульсов, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью расширения диапазона работы инвертора на активно-индуктивную наг рузку с пониженными значениями коэффициента. мощности, оно дополнительно снабжено датчиком нуля

3 тока нагрузки, двумя дифференцирующими цепями, элементом ИЛИ, триггером рекуперации и (Й -2) каналами, каждый из которых содержит два триггера элемента

И, причем вход элемента ИЛИ связан с

I6 прямым и инверсным выходами реверсатора через дифференцирующие цепи, а выход — с R - входом триггера рекуперации, Я - вход которого связан с датчиком нуля тока нагрузки, в каждом из доИ полнительных каналов Я вЂ” вход первом го триггера через первый элемент И связан с инверсным выходом компаратора, выходом триггера рекуперации и соответствующим выходом регистра, S - -вход через второй элемент И присоединен к прямому выходу компаратора, инверсному выходу триггера рекуперации и указанному выходу регистра, R - вход второго триггера через третий элемент И связан с выходом компаратора, следующим по отношению к указанному выходом регистра и прямым выходом триггера рекуперации, а 5 — вход - с выходом элемента

ИЛИ, выходы всех триггеров устройства связаны с логическим распределителем управляющих импульсов.

657573

Составитель О. Парфенова

Техред С. Мигай Корректор А. Гриценко

Редактор А. Пейсоченко

Заказ 1821/56 Тираж 856

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4