Способ регулирования выходной мощности тиристорного инвертора

 

l.

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 020678 (21) 2621510/24-07 (5 ) +

2 с присоединением заявки М

Н 02 P 13/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15,0780 Бюллетень Йо 26

Дата опубликования описания 150 80 (53) УДК 621. 314. 26 (088. 8) (72) Авторы изобретения

А.В.Иванов, П.С.Ройзман, А. М. Уржумсков и Р. Г. Юнусов

Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ

ТИРИСТОРНОГО ИНВЕРТОРА

Изобретение относится к электротехнике и может применяться в источниках питания индукционных электротермических установок. 5

Известны способы регулирования выходной мощности тиристорного инвертора, работающего на колебательный контур, путем изменения выходной частоты инвертора. При этом использу-10 ют зависимость импеданса нагрузочного колебательного контура от частоты напряжения на нем (1), «21 и «3)

Недостатком известных способов . регулирования является снижение КПД при регулировании мощности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спо соб, при котором регулирование выходной мощности осуществляют путем изменения частоты управляющих сигналов на вентили инвертора (3) .

Недостатком указанного способа является низкий КПД, так как при таком способе регулирования выходная (полезная) мощность инвертора снижается, а потери в инверторе остаются, примерно, постоянными. Это объясняетя тем, что при регулировании уменьшается выходное напряжение инверто . .30 ра, а выходной ток,меняется незначительно. Кроме того, при уменьшении мощности по известному способу уменьшается и сов-Р нагрузки, а следовательно, вОзрастают потери в ней и в подводящих проводах.

Цель изобретения — повышение КПД, Поставленная цель достигается .тем, что в способе регулирования выходной мощности тиристорного инвертора, состоящим в том, что изменяют частоту управляющих импульсов на вентили инвертора, частоту управляющих импульсов изменяют от величины, соответствующей минимальной мощности, до величины, соответствующей максимальной мощности, и поддерживают необходимое время на заданном уровне, затем изменяют частоту управляющих импульсов до величины, соответствующей минимальной мощности, и прекращают подачу управляющих импульсов и после необходимой выдержки времени операции периодически повторяют, причем соотношение между временем работы инвертора на частоте, соответствующей максимальной мощности, и временем, когда управляющие сигналы на вентйли инвертора

748789 не поступают, устанавливают в соот- ветствии с заданной мощностью. Кроме того, при регулировании с целью повышения надежности измеряют напряжение на вентилях инвертора и скорость изменения частоты устанавливают обратно пропорционально этому напряжению, а также при регулирова -"йии с целью повышения йадежности измеряют время, предоставляемое вентилями на восстановление управляемости, и скорость изменения частоты устанавливают прямо пропорционально этому времени.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующая способ, на фиг. 2 — зависимость мощности, выделяемой в колебательном контуре нагрузки, от частоты напряжения на нем, на фиг. 3 — кривые, поясняющие принцип регулирования по данному способу.

Устройство (см.фиг.1) содержит последовательно соединенную цепь из частотно-задающей цепи 1, ключа 2, управляемого инерционного звена 3, задающего генератора 4, инвертора 5 и нагрузки б. Вход управления ключа

2 соединен через модулятор 7 скнажности со нторым генератором 8 и эадатчиком 9 мощности. Инерционное звено 3 через устройство управления

10 соединено с инвертором 5.

Выходная частота иннертора 5, а следонательно, мгновенная мощность, выделяемая в нагрузке б, определяется частотой задающего генератора 4.

Напряжение U на выходе генератора 8 показано на фиг.За. Частота

Оэ выбирается на несколько порядков (3-10) ниже частоты задающего генератора 4. Модулятор 7 скважности преобразует импульсы UB н прямоугольные (фиг.36), скнажность которых зависит От величины сигнала Ug с задатчика 9 мощности. Изменяя скнажность импульсов U, поступающих на вход управления ключа 2, изменяют время пребывания ключа 2 в закрытом и открытом состояниях, а тем самым, время, в течение которого частота, задающая цепь 1, через инерционное звено 3 подключена к задающему генератору 4. Частотно-задающая цепь

1 представляет собой регулируемый источник постоянного напряжения (фиг.Зв), выходное напряжение U которого определяет амплитуды выход.ных напряжений U ключа 2 и U инерционного звена 3 (фиг.Зг и д).

Задающий генератор 4 выполнен так, что его частота Р пропорциональна, в определенном диапазоне, величине напряжения инерционного звена, 3. При уменьшении частоты Ф до величины .Р (фиr..Зе) задающий генератор 4 прекращает генерирование коле-; баний, а следовательно, инвертор 5 выключается.

Управляемое инерционное звено 3 введено н устройство для повышения надежности работы инвертора. При отсутствии инерционного звена 3 частота задающего генератора 4, а следовательно, и частота выходного напряжения Uz инвертора 5 изменялись бы скачком. Это приводило бй к скачкообразному изменению мощности, выделяемой в нагрузке б. При скачкообразном уменьшении мощности в нагрузке б энергия, запасенная во входном дросселе инвертора 5, переходит н конденсаторы, установленные в его схеме, что вызывает рост напряжения на них, а следовательно, рост напряжения на вентилях инвертора и сокрАщение времени, предоставляемого вентилем на восстановление

20 управляемости, что резко снижает надежность инвертора.

Для надежной работы инвертора снижение мощности необходимо производить с низкой скоростью. Но это

75 ведет к увеличению времени переходного процесса и снижению эффектив- ности регулиронания. Поэтому для уменьшения времени переходного процесса при сохранении надежности инвертора целесообразно при снижении мощности контролировать параметр инвертора, определяющий его надежность,- и скорость изменения частоты задающего генератора 4 устананливать в соответствии с этим параметром.

В случае, если параметром, определяющим надежность иннертора, является напряжение на его вентилях, то с помощью устройства 10 управления измеряют указанное напряжение, 40 и скорость изменения напряжения на выходе инерционного звена 3, а, следовательно, и частоты задающего генератора устанавливают обратно пропорционально напряжению на вентилях. Это ведет к стабилизации напряжения на вентилях инвертора и повышению надежности преобразователя.

В случае, если параметром, определяющим надежность инвертора, яв5g ляется время, предоставляемое на восстановление управляемости, то с помощью устройства 10 управления измеряют укаэанное время,и скорость изменения напряжения на выходе инерционного звена 3, а следовательно, и частоты задающего генератора устанавливают прямо пропорционально времени предоставляемого вентиля на восстановление управляемости.

При увеличении мощности возрастаЯ ния напряжения на элементах инвертора не происходит, поэтому для снижения времени переходного процесса целесообразно скорость изменения частоты выбирать более высокой, чем при 5 уменьшении мощности.

748789

В момент t, (фиг.3) происходит замыкание ключа 2 и напряжение на его выходе становится равным О . За вре- мя Л, частота задающего генератора устанавливается равной f, соответствующей максимальной мощности инвертора. В момент t происходит размыкание ключа 2 и напряжение íà его выходе становится равным О. Это приводит к тому, что частота задающего генератора 4 за время at уменьшается до величины Г, генератор 4 прекращает генерирование колебаний и инвертор 5 выключается. Причем скорость изменения частоты в течение времени tz(t (t<+dt< пропорциональна времени, предоставляемому вентилям на восстановление управляемости, или обратно пропорциональна напряжению на вентилях. В момент t=t ключ

2 опять включается и указанные процессы повторяются.

Имея зависимость выходной частоты инвертора от времени (фиг.Зе) и зависимости мощности, выделяемой в нагрузке, от частоты напряжений на ней (фиг.2), построить зависимость мгновенной мощности инвертора от времени (фиг.Зж), Среднее значение мощности за период изменения частоты, считая

at<(tZ „ и 6МгЫ tÄ, равно

tg Т от глубины регулирования. Действительно, в интервале времени с,((, мощность потерь Р„, в инверторе примерно равна

Р = -

5 .01 1 где — КПД инвертора при мощности

Р=Р„

В интервале времени t>(t C t инвертор не работает и мощность потерь в нем t0 равна О. Поэтому средняя мощность потерь за период изменения частоты равна

i-чч, tQ (-Ъ, р р Й р

АСР 1 ), t CP, КПД инвертора при регулировании мощности равен

Р

"4. р аср Т.е. КПД инвертора при предлагаемом способе регулирования не зависит от глубины регулирования и равен КПДпри номинальной мощности.

Таким образом, данный способ ре25 гулирования выходной мощности тиристорного инвертора обеспечивает плавное регулирование средней мощности с высоким значением КПД.

30 формула изобретения

40 где tÄ=tZ-t„, T=t -t — период изменения часто1 ты инвертора.

Изменяя задатчиком 9 мощности соотношение t и Т, регулируют среднее значение вы>одной мощности инвертора.

Период изменения выходной частоты инвертора выбирают много меньше тепловой постоянной времени нагрузки. Например, тепловая постоянная времени индукционной печи ИСТ-0,16 составляет несколько часов, а период изменения частоты f выбирается порядка нескольких десятков секунд.

Поэтому колебания мгновенной мощности инвертора относительно среднего значения никак не сказываются на тепловых процессах в нагрузке.

Если на максимальное значение мощности не накладывается ограничений со стороны нагрузки и инверто- ра, то значение Р, и соответственно f„ H T H Pf, fp (фиг.2) .

Если по каким-либо причинам, например технологическим, недопустимо значительное превышение Р„ над Р, то выбирают Г, ф 1 . При этом то же самое значение Р, будет получено при меньших значениях отноШений

/Т и колебания мгновенной мощноси ти над средним ее значением будут уменьшены.

КПД инвертора при данном способе регулирования практически не зависит

1. Способ регулирования. выходной мощности тиристорного инвертора, работающего на колебательный контур, состоящий в том, что изменяют частоту управляющих импульсов вентилей инвертора, отличающийся тем, что, с целью, повышения КПД, частоту управляющих импульсов изменяют от величины, соответствующей минимальной мощности, до величины, соответствующей максимальной мощности, и поддерживают необходимое время на заданном уровне, затем изменяют частоту управляющих импульсов до величины, соответствующей минимальной мощности, и прекращают подачу управляющих импульсов и после необходимой выдержки времени операции периодически повторяют, причем соотношение между временем работы инвертора на.. частоте, соответствующей максимальной мощности, и временем, когда управляющие импульсы на вентили инвертора не поступают, устанавливают в соответствии с заданной мощностью.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения надежности, измеряют напряжение на вентилях инверторов и скорость .изменения частоты устанавливают обратно пропорционально этому напряжению.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю « шийся тем, что, с целью повыше" !

748789 ния надежности, измеряют время, пре доставляемое вентилям на восстанов- ление управляемостй, и скорость изменения частоты устанавливают прямо пропорционально этому времени °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

-.1. Беркович E.È. и др. Тиристорные преобразбватели высокой частоты.

Л., "Энергия", 1973, с. 168.

2. Гитгари Д.И. и Иоффе Ю.С. . Новые источники питания и автоматика индукционных установок для нагрева и плавки. М., "Энергия", 1972, с. 82-83.

3. Киямов Р ° Н ° и др. Сравнение способов регулирования мощности инвертора с нагрузкой между входными дросселями. Сб. "Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов", Р 5, Труды УАИ, вып. 91, Уфа, 1976, с. 48-51.

748789 а) е) е)

Составитель Е.Жданов

Редактор С.Лыжова Техред M.Ïåòêî Корректор M.Äåì÷èê и а Ф " ЖШ

Заказ 4382/20 Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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