Способ управления тиристорным последовательно-параллельным резонансным инвертором

 

{54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ

РЕЗОНАНСНЫМ ИЦВЕРТОРОМ

3 Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам управления преобразователями постоянного тока в переменный, и может быть использовано в установках индукцион5 ного нагрева в различных отраслях промышленности.

Известен способ управления ти.ристорным последовательно-параллельным резонансным инвертором в режиме

;питания параллельного контура нагруз- : ки импульсами тока, частота следова"ния которых несколько выше частоты свободных колебаний контура нагрузки.

При этом интервал между соседними им- 5 пульсами меньше половины полупериода свободных колебаний контура нагрузки и лишь немного больше времени выключения тиристоров Г1).

Недостатками-способа являются низ- 20 кий коэффициент мощности и его зависимость от нагрузки, зависимость ус" ловий коммутации тиристоров от нагрузки, в частности, длительности интервала между импульсами и соотношения напряжения на контуре нагрузки и конденсаторе последовательно-коммутирующего колебательного контура. .Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ управления тиристорным последовательно-параллельным резонансным инвертором с параллельным колебательным контуром нагрузки в режиме питания его импульсами тока, заключающийся в том, что задают интервал между импульсами тока и их длительность и формируют импульсы управления (23.

Недостаток известного способа состоит в том, что он не позволяет получить коэффициента мощности, равного единице, а также не обеспечивает работу в условиях переменной нагруз" ки последовательно-параллельного инвертора на тиристорах из-за изменения условий коммутации тиристоров.

3 9839?

Цель изобретения — повышение коэффициента мощности и надежности в широком диапазоне условий коммутации.

Поставленная цель достигается тем, что интервал между началами импульсов тока, равный интеовалу между импуль-, сами управления, задают равным целому числу пслупериодов (но не менее двух ) колебаний контура нагрузки, длительность импульса тока задают равной >0 минимальному полупериоду свободных колебаний контура нагрузки,„а указанное формирование импульсов управления производят в полупериод колебаний контура нагрузки, предшествующий очеред- t5. ному импульсу тока, с опережениеи по отношению к моменту прохождения на- пряжения на нагрузке через ноль на время, необходимое для включения тиристоров.

20 формирование импульсов управления с опережением по отношению к моменту прохождения напряжения на нагрузке через ноль на время, необходимое для включения тиристоров, производят путем формирования двух сигналов, пер" вый из которых пропорционален напряжению на нагрузке, второй — напряжению и частоте напряжения на нагрузке, сравнивают оба сигнала, фиксируют момент, когда первый сигнал становится больше второго, после чего в момент равенства обоих сигналов производят указанное формирование импульса управления.

Кроие того, для улучшения условий коммутации формируют сигнал, пропорциональный напряжению на конденсаторе последовательного коммутирующего контура инвертора, сравнивают его с сигналом, пропорциональным напряжению на нагрузке, и, если отношение первого сигнала ко второму меньше (больше )заданного значения, заданный интервал между началами импульсов тока

45 увеличивают (уменьшают ) на четное число полупериодов колебаний контура нагрузки.

На фиг. 1 показаны. схемы инвертора и устройства, реализующего способ; г ,50 на фиг. 2 - диаграммы работы инвертора.

Инвертор содержит блок 1 управления, тиристоры 2-5, источник 6 пита" ния постоянного тока, дроссель 7 и конденсатор 8 последовательного коммутирующего колебательного контура 9 и параллельный колебательный контур 10 нагрузки.

5 4

В состав блока 1 входит задающии генератор 11, узел 12 формирования, импульсов управлени>5, выпрямитель 13 пороговые элементы 14 и 15, узел 16 сравнения, выходные шины 17 и 18 счетчика 19, выход 20 узла 16, выпрямитель 21, подключенный к резистору 22, конденсатор 23, сглаживающий фильтр 24, ключ 2 и канал 26 подачи синхроимпульса.

Работа инвертора производится по командам от блока l Тиристоры 2-5 открываются попарно. Источник 6 через открытые тиристоры, например 2 и 3, и дроссель 7 соединяется с конденсатором 8 последовательного колебательного контура 9 и параллельным колебательным контуром 10. Сигналы обратной связи с конденсаторами контуgapa 10 поступают в блок 1. В момент времени +< (фиг. 2 ) начинается подпитка контура 10, на время которой он переходит в режим вынужденных ко" пебаний. По принципу работы данного инвертора ток подпитки 3 от источника 6, имеющий одно направление, в подводящей цепи контура 10 становится переменным и обозначается Эн (фиг. 2), Ток подпитки Зп имеет форму синусоидальных однополупериодных импульсов, длительность которых настраивают дросселем 7 и конденсатором 8 и выбирают равной полупериоду свободных колебаний контура 10 на максимальной частоте. Начало импульса тока Эн совмещают с моментом прохождения напряжения U>> контура 10 через ноль в область, где знаки импульса тока и напряжения совпадают. Это позволяет во всем диапазоне изменения частоты контура 10 обеспечить совпадение знаков и начальных фаз им)пульса тока 3н и напряжения 0» . Такой способ управления обеспечивает максимальный:коэффициент мощности.

Ток подпитки 3>> формируется под действием разности йапряжений 0<, 0 и U . 8o время протекания импульса тока подпитки 3н конденсатор 8 перезаряжается. Напряжение Ос на нем в интервале т,.> - 1 направлено согласно с напряжением 0 источника 6, а в интервале tg -t> направлено встречно ему. Напряжение 0с достигает максимума в момент t, вызывая выключение тиристоров 2 и 3: Из гра-, фиков на фиг. 2 видно, что .время приложения к тиристорам максимального

5 ., 98397 значения напряжения Ос значительно больше пвлуйериода свободных колебаний контура 10, благодаря чему повы- . шается надежность работы тиристоров.

Нормальная коммутация происходит, если выдерживается заданное соотноше-ние, например между напряжениями О, и Ос . Перезаряд конденсатора 8 производится энергией, запасенной в дрос" селе 7. Величина этой энергии опреде- о ляется амплитудой тока 3н, Уровень напряжения 0с в момент ty зависит от энергии, запасенной в конденсаторе 8, и следовательно, от амплитуды тока Эи.

При включении тиристоров ч и 5 3$ ток 3„ меняет свое направление . В ос" тальном схема работает аналогично описанному.

Интервал между импульсами тока определяется блоком l управления, в 2в котором производится сравнение напряжений Ос и .Он . На графиках фиг. 2 приведен режим работы инвертора, при котором интервал между началами

:импульсов подпитки равен трем полу- 2$

;периодам, а частота свободных коле баний контура нагрузки максимальна.

В этом случае. продолжительность им- пульса тока Зи и полупериода свободных колебаний равны между собой. При уменьшении частоты свободных колеба ний продолжительность импульса тока 3н будет короче полупериода свободных колебаний контура 10.

Интервал между началами импуль"

cG8 питания, равный трем полупериодам свободных колебаний контура 10, устанавливают при максимальной нагрузке..

При уменьшении нагрузки контура 10 4< увеличивается его добротность, т..е. удлиняется время, за которое рассе" ивается энергия, запасенная в контуре. Это приводит к. нарушению приведенного соотношения, определяющего . нормальные условия коммутации, а имен но к увеличению напряжения Ug на на-. грузке 10 и уменьшению напряжения Ис на конденсаторе 8. Как следствие указанных изменений происходит уменьшение тока 3н .

Дпя восстановления требуемого соотношения между напряжениями удлиняют интервал между началами импульсов. тока Эн, что позволяет к моменту от

$$ крывания следующей пары тиристоров. 2, 3 или 4, 5 рассеять в контуре большую энергию. В этом случае напряжение Он на контуре 10 в полупериод

5 . - б подачи имйульса питания имеет примерно то же значение, что и до изменения нагрузки. Благодаря этому восстанавливается соотношение напряжений в. и и е формирующих импульс тока 3н . Амплитуда последнего и свя- . занное с им напряжение 0 на комму" тирующем конденсаторе 8 возрастут,. а напряжение U на контуре 10 уменьшится.

Напряжение Uff на нагрузке 10 в интервале 1„.Ф t> между началами соседних импульсов имеет.вид затухающих синусоидальных колебаний.

Работа .блока 1 происходит следующим образом.

Запуск инвертора производится при максимальном для данной схемы интервале между импульсами .тока 3< по коман« дам задающего генератора 11„ выполненного, например, на базе мульти,вибратора. формирование и распределение команд на соответствующие тиристо/ ры инвертора осуществляет узел 1Р,,.

После подъема напряжения 0н, поступающего на выпрямитель 13, до заданного уровня срабатывает пороговый элемент 14 и выдает разрешение на работу порогового элемента 15.

Соотношение между Ut, и 11н поддерживается узлом 16. При этом, есин ли в данный момент отношение . — .

° С . больше требуемого, интервал между импульсами тока 3 увеличивают и, наоборот. В схеме, работающей с дву" мя интервалами, переход с одного из них на другой фиксируется подключением. соответствующей новому интер" валу выходной шины 17 или 18 счетчика 19 к выходу 20 узла 16.

Интервал t< -. t между соседними импульсами тока определяют подсчетом полуволн напряжения U>, поступающего с выпрямителя 13 на вход счетчи" ка 19. После отсчета числа полувопн; на единицу меньшего заданного числа полуволн в интервале t tg через одну из шин 17 и 18 счетчика 19 узел 16 сравнения выдает разрешение на работу элемента 15.

Дпя совпадения начальных фаз на- пряжения 0н и импульса тока 3<(3 ) команду на открытие тиристоров 2, или 4, 5 выдают в момент t с некоторым постоянным опережением по отношению к моменту t<,tg прохождения напряжения U через ноль. Это опере983975,7

55 жение равно времени включения тиристоров. Однако по отношению к текущему значению напряжения Ин момент подачи команды смещается. При увели.чении частоты она поступает при боль- s шем значении U, и наоборот.

С целью получения команды с элемента 15 в соответствии с отмеченным условием, на него подают разность сигналов выпрямителя 13 и выпрямителя 21, на котором напряжение возрастает с увеличением частоты, так как .оно снимается с резистора 22, включенного последовательно с конденсатором 23. Это напряжение сглаживается 15 и фильтром 24, подпитка которого для согласования уровней напряжения U и U осуществляется через ключ 25 во время прохождения последней полуводны напряжения U„ в данном интер- 2о вале. Амплитуда полуволны напряжения

01З выше напряжения 0 4, поэтому при текущем значении напряжения U большем напряжения V<4, элемент 15 переходит в возбужденное состояние, а когда напряжения станут равны возвращается в исходное состояние и посылает по каналу 26 синхроимпульс на генератор ll. Последний выдает команду в узел 12. Одновременно сбрасы- Зо вается счетчик 19 и цикл синхронизации повторяется.

Предлагаемый способ управления при относительной простоте его позволяет обеспечить максимальный коэффи- з5 циент мощности, повысить надежность работы тиристоров и расширить диапазон изменения нагрузки. При этом одновременно повышается надежность запуска инвертора, кроме того, появ- .40 ляется возможность использовать его для питания нсскольких нагрузок с большим разбросом номинальных мощностей путем поочередного подключения к ним, а также упростить пуско-нала- 4s дочные работы.

Формула изобретения

1. Способ. управления тиристорным последовательно-параллельным резонансным. инвертором с параллельным колебательным контуром нагрузки в режиме питания его импульсами тока,заключающийся в том, что задают интервал между импульсами тока и их длительность и формируют импульсы уПравления, отличающийся тем, что, с целью Повышения коэффи циента мощности и надежности работы в широком диапазоне изменения нагрузки, интервал между началом импульсов тока, равный интервалу между импульсами управления, задают равным целому числу полупериодов (но не менее двух ) колебаний контура нагрузки, длительность импульса тока задают равной минимальному полупериоду свободных колебаний контура нагрузки, а указанное формирование импульсов управления производят в полупериод колебаний контура нагрузки, предшествующий очередному импульсу тока, с опережением по отношению к моменту прохождения напряжения на нагрузке через ноль на время, необходимое для включения тиристоров.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что формирование импульсов управления с опережением по

Э отношению к моменту прохождения напряжения на нагрузке через ноль на время, необходимое для включения тиристоров, производят путем формирования двух сигналов, первый из которых пропорционален напряжению на нагрузке, второй - напряжению и частоте напряжения на нагрузке, сравнивают оба сигнала, фиксируют момент, когда первый сигнал становится больше второго, после чего в момент равенства обоих сигналов производят указанное формирование импульса управления.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем,что, с целью улучшения условий коммутации, формируют сигнал, пропорциональный напряжению на конденсаторе последовательного коммутирующего контура инвертора, сравнивают его с сигналом, пропорциональным напряжению на нагрузке, и, если отношение первого сигнала ко второму меньше (больше1 заданного значения, заданный интервал между началами импульсов тока увеличивают (уменьшают ) на четное число полупериодо в колеба ний. контура на груз ки.

Источники информации, йринятые во внимание при экспертизе

1. Беркович Е.И. и др. Тиристорные преобразователи высокой частоты, Л., "Энергия", 1973 с. 64-66, рис. 3-5.

2. Авторское свидетельство СССР

И 530515, кл. H 02 P 13/18, 1975.

983975

Составитель В, Миронов

Редактор Н. Егорова Техред Е, Харито «щу Корректор С. Ше кмар

Заказ 9952/72 Тираж 72k Подписное

ВНИИПИ Государственного коиитета СССР по делам изобретений и открытий

11)03 Москва, Ж-Д Раушская наб. g. 4/g

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