Способ защиты инвертора

(1% Н 1)3(59 Н 02 Н 7 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИЗОБРЕТЕНИ ПИ ь 1010ЕЛЬСТВ(71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им.Орджоникидзе (53) 621316925.4(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР М 530388, кл. Н 02 Н 7/10, 1976.2. Иванов В.И., Баранин Ю.С., Гусаров В.Я. и др. Тиристорный преобразователь частоты для питания эпитаксиального оборудования с индукционным нагревом подложкодержателя.- В сб., Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металла. Уфа, 1980, В 10, с.28-33. (54)(57) 1. СПОСОБ ЗАЩИ 1 Ы ИНВЕРТОРА, содержащего последовательно соединенные фильтрующий дроссель и два встречно-параллельно включенных вентиля, параллельно которым подсоединен коммутирующий (.С -контур, в цепь которого включена нагрузка, заключаюК АВТОРСКОМУ СВ щийся в том, что измеряют электрический параметр инвертора, сравнивают его с величиной уставки и при превышении параметром величины уставки формируют сигнал на отключение инвертора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, в качестве электрического па-. раметра измеряют напряжение на фильтрующем дросселе, выделяют из него сигнал положительной полярности, соответствующий временному интервалу проводимости вентилей, выделяют напряжение отрицательной полярности, формируют из него сигнал отрицательной полярности, измеряют длительность сигнала положительной полярности и сравнивают ее с величиной уставки длительности, измеряют амплитуду сигнала отрицательной полярности и сравнивают ее с величиной уставки амплитуды, а сигнал на отключение инвертора Формируют в момент превыше Я ния одним из измеряемых сигналов величины уставки,1095304 2. Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, измеряют амплитуду сигнала положительной полярности, запоминают ее и 1Изобретение относится к преобразовательной техниКе и может быть использовано для защиты автономных инверторов с закрытым входом.Известны способы защиты инвертора, при которых получают сигнал электрического параметра инвертора, контролируют его величину, длительность и при достижении ими предельных значений Формируют. сигнал на срабатывание исполнительного элемента. защиты. В этих устройствах в качестве электрического параметра контролируют выходной ток или ток вентилей, либо напряжение на каждом. вентиле 11.Однако известные способы характе 15 ризуются недостаточной надежностью, связанной со сложностью реализующих их систем, а также с тем Фактом, что в указанных способах осуществляется защита либо только по току, либо 20 только по напряжению.Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты инвертора, содержащего последовательно соединенные фильтрующий дроссель и два 35 встречно-параллельно включенных вентиля , параллельно которым подсоединен коммутирующий 1 С-контур, в цепь которого включена нагрузка, заключающийся в том, что измеряют электри О ческий параметр инвертора, сравнивают его с величиной уставки н при превышении параметра величины уставки формируют сигнал на отключение инвертора. Контролируемым электрическим параметром в этом способе является входной ток инвертора 21.Сложность получения потенциально развязанного с питающим источником сигнала постоянного тока, а также полное отсутствие защиты вентилей от пробоев обуславливают низкую надежность данного способа.Цель изобретения - повышение надежности.и расширение Функциональных возможностей способа. 45Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты инвертора, содержащего последова" тельно соединенные фильтрующий дроссель и два встречно-параллельно вклю О ченных вентиля, параллельно которым подсоединен коммутирующий ЬС-контур, в цепь которого включена нагрузка, заключающемуся в том, что измеряют сигнал отрицательной полярности формируют путем сложения напряженияотрицательной полярности с запомненной амплитудой сигнала положительной полярности. 2электрический параметр ннвертора,сравнивают его с величиной уставки и при превышении параметром величины уставки Формируют сигнал на отключение инвертора, в качестве электрического параметра измеряют напряжение на фильтрующем дросселе,выделяют из него сигнал положительной полярности, соответствующий временному интервалу проводимости вентилей, выделяют, напряжение отрицательной полярности, формируют изнего сигнал отрицательной полярности, измеряют длительность сигналаположительной полярности и сравнивают ее с величиной уставкн длительности, измеряют амплитуду сигнала отрицательной полярности и сравниваютве с величиной уставки амплитуды,а сигнал на отключение инвертораформируют в момент превышения однимиз измеряемых сигналов величиныуставки.Кроме того, измеряют амплитудусигнала положительной полярности;запоминают ее и сигнал отрицательнойполярности формируют путем сложениянапряжения отрицательной полярности с заполненной амплитудой сигналаположительной полярности,На фиг. 1 приведена блок-схемаустройства реализации предлагаемогоспособа; на фиг. 2 - вариант одногоиз элементов укаэанной блок-схема,позволяющий расширить функциональныевозможности устройства; на фиг.3 -временные диаграммы, иллюстрирующиеспособ.Устройство реализации способа защиты инвертора, содержащего подключенные к источнику питания 1 черезисполнительнйй элемент защиты 2 последовательно соединенные фильтрующий дроссель 3 с сигнальной обмоткой 4, а два встречно-параллельновключенных вентиля 5 и б, параллельно которым подключен коммутирующийЬС-контур 7, в цепь которого включена нагрузка 8, имеют подключенныек сигнальной обмотке 4 детекторположительной полярности сигнала 9и детектор отрицательной полярностисигнала 10, выходы которых через селектор импульсов по длительности 11и селектор импульсов по амплитуде 12соответственно подключены через элеБ 7 п,=ис 1 Т Т У (2) о где Бс 1 - напряжение источника пита ния, Из выражения (2) следует, что при сближении величин Т и То т.е. при сокращении времени паузы в работе вентильной пары напряжение на последней неограйиченно возрастает. С ростом сопротивления нагрузки 8 напряжение на вентилях также увеличивается. При критическом значении сопротивления нагрузки НВ, равном удвоенному волновому сопротивлению коммутирующего контура р , т.е. при Н = 2-ЬВ - 2, процесс перезаряда кок) с 55 65 мент ИЛИ 13 к формиронателю аварийного импульса 14, воздействующего . на исполнительный элемент 2.Для расширения функциональных воэможностей устройства реализации детектор отрицательной полярности сиг нала 10 выполнен на операционном усилителе 15, на инверсный вход которого подается отрицательное напряжение ,обмотки 4 через диод 16, а на прямой его вход подается положительное на пряжение обмотки 4 через квазиниковый детектор 17 на диоде 18 и конденсаторе 19.Устройство работает следующим образом. 15В нормальном установившемся режиме работы на управляемый вентиль 5 инвертора подают управляющие импульсы тока с периодом Т (диаграмма фиг. 2 а), при этом ток н вентильной паре имеет форму синусоидальной волны (фиг. 2 Г, интервал 1 -1 ), положительная полуволна которой ( 1 -2) образована током прямого вентиля 5, а отрицательная полуволна (1 -1 ) - током обратного вентиля2 Эб. Длительность Т синусоидальной волны-1 э приближенно равна периоду собственной частоты коммутирующего контураТ: 27 ГЬС, (1) где Ь и С - соответственно индуктивность и емкость коммутирующего ЬС- контура 7. После окончания нолны тока до конца периода подачи управ ляющих импульсов (интервал 1 Э 4) происходит подзаряд конденсатора ЬС-контура 7 от источника 1 через дроссель 3. На интервале 1 -1 к вентилям приложено напряжение коммутирующего контура 7 (кривая П фиг, 2 В), амплитуда 07 которого зависит от длительностй интервала С -1и сопротивление нагрузки 8.В случае малого сопротивления нагрузки приближенно можно считать, 45 что денсатора становится апериодическим, нолна тока вентильной пары выраждается в однополярный импульс, при этом исчезает интервал восстановления прямого вентиля Й наступает аварийная ситуация - срыв инвертирования, при котором ток, протекающий от источника 1 через дроссель 3 и вентиль 5, начинает неограниченно нарастать, Выход иэ строя вентилей инвертора может наступить по двум причинам; нарастании тока вентиля 5 при срыве инвертирования; превышении напряжения на вентилях 5 и б допустимой нормы.Напряжение на фильтрующем дросселе ПЭ в данной схеме инвертора представляет собой алгебраическую сумму напряжения источника питания и напряжения на вентилях Н.Б. = (3 с( - . (3) Напряжение на сигнальной обмотке связано с напряжением Б 3 через коэффициент трансформации К, равный отношению чисел витков И дросселя 3 и его сигнальной обмотки 4П 4 = )"Згде кЮЭНа интервале 11-Э напряжение на вентильной паре близко к нулю, и к дросселю 3 приложено напряжение источника питания ЦЙ. Цри этом П= = К Ж (Фиг. 2 а, д ), На интервале-1, напряжение на дросселе 3 по Форме повторяет напряжение на вентильной паре, но по величине смещено на постоянный уровень, равный М, Если в качестве источника пи-. тания 1 используется неуправляемый выпрямитель, то величина М постоянна и сигнал д (фиг. 2 е) несет полную информацию об изменении напряжения на вентилях 5 и б. Таким образом, длительность поступающего с сигнальной обмотки дросселя сигнала положительной полярности П, соответствует времени проводящего состояния вентилей 5 и б, а амплитуда сигнала отрицательной полярности 0 жестко связана с максимальным значением напряжения на вентилях П 7 тВ том случае, когда инвертор питается от управляемого выпрямителя, т.е; напряжение питания регулируется в процессе работы, напряжение сигнала отрицательной полярности 4 =Кэ не однозначно соответ ствует напряжению на вентилях П поскольку, согласно (3)П =ОЙ - БЭВ этом случае для получения точногв значения напряжения на вентилях необходимо сигнал напряжения на дросселе П = Нэ корректировать на вели1095304 иг.8 Тираж 614 Заказ 3685/3 с од, ул. Про чину, пропорциональную напряжению мсточника питания 0 = ЮЙ. Такая коррекция может быть обеспечена с помощью пикового детектора 17на диоде 18 и конденсаторе 19(фиг.2), С помощью детектора 17 опре" 5, деляют и. запоминают амплитуду сигнала положительной полярности Ощ и величину сигнала отрицательной полярности О корректируют путем ее увеличения на величину амплитуды 10 сигнала положительной полярности Ц,. Коррекцию осуществляют подачей указанных сигналов на различные входы усилителя постоянного тока 15 с дифференциальным входом. Игходное напряжение усилителя 35 О в интервале 1 зравно(чс фас (0 п+ 4 ) 1 (4 филиал ППП "Патент", г где Ъ - коэффициент усиления.Поскольку сигнал 04. имеет отрицательную полярность, то сигнал Оус рпоступающий на вход селектора импульсов по амплитуде 12, пропорционален сумме сигналов 0,+ и /П о /Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет резко повысить надежность защиты инвертора, так как при использовании всего одного датчика в силовой схеме имеется возможность защиты вентилей как по току, . так и по напряжению, что существенно снижает вероятность отказа инвертора,Способ применим для инзерторов,питаемых как от управляемого, так иот неуправляемого выпрямителя.