Способ управления многоячейковым последовательным инвертором

(57) Способ управ вертором, состо верторных мос конденсаторами тока, заключающ ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетеМ 1069123, кл. Н 02 РКацнельсон С,М.,мый тиристорный инввходом без емкости фдиагонали сложного иТруды УАИ. Вып.48, 19 ектротехнический ина (Ленина)илкин, Е,И.Кузьмина,Д.Н,Бондаренко,и В;Н.Тепловльство СССР13/30, 1983,Аитов И.А, Регулируеертор с индуктивнымильтра с нагрузкой внверторного моста. -73, с,89-93,(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОЯЧЕЙКОВЫМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ИНВЕРТОРОМ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках питания электротехнологических установок,Известен способ для управления инвертором путем формирования переменного напряжения постоянной частоты, измерения выходного параметра инвертора, формирование сигнала поиска экстремума выходного параметра, для чего умножают переменное напряжение и выходной параметр, суммирования полученного сигнала с сигналом задания частоты инвертора и преобразования результирующего сигнала в частоту управляющих импульсов инвертора,Недостатком известного способа управления последовательным инвертором является низкая устойчивость работы инвертора ления многоячеиковым инящим из тиристорных интов с коммутирующими в диагоналях переменного ийся в том, что формируют ледовательности по числу тов с постоянной частотой, гонально расположенных а сдвигают друг относи- величину фазового сдвига о инверторного моста их подают на управляющие тствующих тиристоров инуют сигналы, пропрциоению на коммутирующем а входе инвертора, формиогласования между ними, о которому формируют весдвига Е 1. 1 ил,импульсные пос инверторных мос которые для диа мостов инвертор тельно друга на Г 1 и для каждог распределяют и переходы соотве вертора, формир нальные напряж конденсаторе и н руют сигнал расс пропорциональн личину фазового на изменяющуюся нагрузку, так как при возрастании сопротивления нагрузки и в процессе управления инвертором сокращается время, предоставляемое тиристорам инвертора для восстановления управляющих свойств, что может привести к срыву инвертирования.Наиболее близким к изобретению является способ управления многоячейковым последовательным инвертором, который заключается в формировании импульсов управления стабильной частоты, подаче их на тиристоры диагонально расположенйыхинверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока и изменении при регулировании выходного параметра фазового сдвига Р 1 между моментами подачи импульсов управленияна тиристоры мостов, расположенных в плечах инвертора в интервале Р 1=(180, О) по отношению к периоду выходной частоты.Недостатком способа управления многоячейковым последовательным инвертором является низкая устойчивость работы последовательного инвертора на изменяющуюся нагрузку, так как при возрастании сопротивления нагрузки и в процессе управления сокращения время, предоставляемого тиристорам инвертора для восстановления управляющих свойств, что может привести к срыву инвертирования,Цель изобретения - повышение устойчивости работы инвертора.Указанная цель достигается тем, что используют способ управления многоячейковым последовательным инвертором, состоящим из тиристорных инверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, заключающийся в том, что формируют импульсные последовательные по числу инверторных мостов с постоянной частотой, которые для диагонально расположенных мостов инвертора сдвигают друг относительно друга на величину фазового сдвига Е 1 и для каждого инверторного моста их распределяют и подают на управляющие переходы соответствующих тиристоров инвертора, отличающийся тем, что формируют сигналы, пропорциональные напряжению на коммутирующем конденсаторе и на входе инвертора, формируют сигнал рассогласования между ними, пропорционально которому формируют величину фазового сдвига Р 1,Ка чертеже приведена схема многоячейкового последовательного инвертора с источником питания.Инвертор содержит соединенные с входными выводами две параллельные ветви из двух последовательно соединенных тиристорных мостов 1, и , У на четырех тиристорах 1-4 с коммутирующими конденсаторами 5 в диагоналях переменного тока, между которыми включен коммутирующий дроссель 6(7) с выводом от средней точки, зашунтированный с каждым из тиристорных мостов диодом 8-11, блок 12 управления с устройством 13, последовательную цепь из датчика 14 напряжения на коммутирующем конденсаторе, фильтра 15 и устройства 16 сравнения, выход которого соединен с входом устройства регулируемой задержки, датчик 17 напряжения на входе инвертора, выход которого подключен к второму входу устройства сравнения. Нагрузка 18 подключается к отводам коммутирующихдросселей, Для обеспечения возможности отвода излишней энергии от 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 контура коммутации инвертора необходимо, чтобы источник питания инвертора представлял собой источник ЭДС. Эту функцию может выполнять выпрямитель с индуктивно емкостным фильтром Ч. Причем емкость конденсатора фильтра должна быть в 10-15 раз больше емкости коммутирующего конденсатора, Кроме того, показаны элементы 19-25, представляющие выпрямитель с блоком управления (25), дроссель 26 фильтра, конденсатор 27 фильтра.Многоячейковый последовательный инвертор работает следующим образом,При работе в номинальном режиме, когда сопротивление нагрузки 18 равно номинальному значению, осуществляется попарное одновременное включение тиристоров диагоналей мостов 1, У и , . Полный цикл работы инвертора определяется частотой управления тиристорами 1-4 мостов 1-У и состоит из двух периодов. В течение каждого периода полный интервал работы разделяется на шесть участков (интервалов), При этом в каждом полупериоде процессы повторяются за исключением того, что работают разные тиристоры и диоды инверторных мостов, Рассмотрим процессы в полупериоде работы, соответствующем включению тиристоров 1 и 4 мостов 1, У,Первый интервал, При отпирании тиристоров 1 и 4 начинается колебательный перезаряд коммутирующих конденсаторов 5(1) и 5(У) по цепи 5(1) - 4(1)-6(1)-18-7(У)- 1(У)-5(У)-4(У)-27-1(1)-5(1). Цифры в скобках обозначают принадлежность элемента соответствующему инверторному мосту. Элементы 6(1), 7(1) части коммутирующих дросселей (до отвода) 6,7, участвуют в работе соответствующих мостов в номинальном режиме. Ток через нагрузку 18 протекает в направлении, условно принимаемом за положительное. При нарастании колебательного тока напряжение на 6(1) и 7(У) уменьшается и в момент максимума тока становится равным нулю, Далее ток контура начинает спадать и напряжения на элементах 6(1) и 7(1) изменяют знак. Как только сумма напряжения на 6(1) - О 61, нагрузке 18-О 18, 7(У)-О 7 У станет выше напряжения источника питания (напряжения на конденсаторе фильтра 27) -О 27 (положительное для диодов 9, 10), включаются диоды 9,10 О 61+О 18+О 7 УО 27.При атом тиристоры 1, 4, 1(У), 4(У) выклн)чаются. С момента выключения тиристоров начинается второй интервал работы.Второй интервал, Ток через нагрузку 18 продолжает протекать в положительном направлении и поддерживается за счет энергии, накопленной в электромагнитном полекоммутирующих дросселей 6, 7(У) на первом интервале работы. Ток протекает по контуру 6-18-7(У)-10-27-9-6. При этомэлектромагнитная энергия дросселей 6,7(У) расходуется в нагрузке 18 и частично 5возвращается источнику питания Ч (в конденсатор фильтра 27). В нормальном режиме работы инвертора через диоды 9,10протекает небольшой ток, а второй интервал имеет малую длительность, С уменьшением сопротивления нагрузки 18 амплитудатока диодов 9,10 возрастает, Возврат энергии от контура коммутации в источник питания. обеспечивает жесткость нагрузочнойхарактеристики (отсутствие "раскачки" напряжений и токов элементов) при изменении сопротивления нагрузки 18 в сторонук.з. Изменение сопротивления нагоузки 18в сторону х.х. (возрастание) приводит к снижению интенсивности электромагнитных 20процессов, дальнейшему уменьшению токов диодов 9,10 (8,11) и длительности второго интервала, Наконец, начиная снекоторого значения сопротивления 18,этот интервал может исчезнуть совсем. Данный режим работы характеризуется снижением напряжения на конденсаторах 5,5(У) 5, 5. Напряжение 05 становитсяниже напряжения на входе инвертора 027.При этом сокращается время, предоставляемое тиристором для восстановления управляющих свойств. При возрастаниисопротивления нагрузки 18 снижается поэтой причине устойчивость работы инвертора. Диоды 9 и 10 проводят ток до тех пор, 35пока не израсходуется электромагнитнаяэнергиядросселей 6, 7(У), Далее диоды 9и 10 запираются. Начинается третий интервал работы инвертора,Третий интервал, Он характеризуется 40бестоковой паузой (не проводят тиристорыи диоды инвертора). Через нагрузку 18 вэтом интервале ток не протекает. Пауза вработе инвертора необходима для увеличения времени, предоставляемого тиристорам для восстановления управляющихсвойств. Пауза может отсутствовать. Тогдаполупериод состоит из первого и второгоинтервалов.По истечении паузы включаются тиристоры 1,4 мостов 1, , и через нагрузку 18начинает протекать отрицатедьный ток,Процессы во втором полупериоде аналогичны описанным выше. При этом работаютп ротивофаз н ые части коммутирующих 55дросселей 6, 7 и диоды 8,11.Второй период начинается с моментавключения тиристоров 2, 3, 2(У), 3(У)мостов , У. Ток через нагрузку 18 сновапротекает в положительном направлении; Датчиками напряжений на коммутирующем конденсаторе 14 и на входе инвертора 17 постоянно измеряются напряжения. Сигнал с выхода датчика 14 поступает на вход фильтра 15, который служит для сглаживания динамических толчков напряжения на коммутирующем конденсаторе 5. Сигналы с выходов фильтра 15 и датчика 17 напряжения на входе инвертора поступают на входы устройства 16 сравнения. Сигнал рассогласования с выхода подается на вход управления устройства регулируемой задержки 13 блока 12 управления, в соответствии с которым блок 12 управления смещает фазу Р 1 импульсов управления инверторных мостов ,относительно импульсов и мостов 1, У от противофазной работы к синфазной Р 1=(1 80, О), При синфазной работе -У одновременно включаются тиристоры диагоналей всех мостов,Если напряжение на коммутирующем конденсаторе 5 05 существенно больше напряжения на входе инвертора 027 (на 15- 50 В) 05027, то тиристоры инверторных мостов , У и ,включаются в противофазе, При уменьшении разности напряжений О 5 и 027 уменьшается сигнал на выходе устройства 16 сравнения и фазовый сдвиг между моментами включения тиристоров диагоналей мостов , У и , . Уменьшение разности напряжений 05-027 происходит, например, из-за возрастания сопротивления нагрузки 18 и снижения интенсивности процессов в инверторе за счет ухудшения условий перезаряда коммутирующих кон- денсаторов 5. При уменьшении Р возникают дополнительные контуры перезаряда коммутирующих конденсаторов 5 по цепям, включающим элементы мостов ,и , У, не содержащих нагрузку 18 и не зависящих от ее сопротивления. В результате поддерживается достаточная для надежной и устойчивой работы инвертора разность напряжений 05 и 027 в широком диапазоне изменения сопротивления нагрузки 18 от к,з, до х.х. Тиристоры пар мостов ,У и ,при этом включаются всегда одновременно, что обеспечивает минимальное число межкоммутационных интервалов на периоде в процессе управления. В результате инвертор устойчиво работает в широком диапазоне изменения параметров нагрузки 18,Способ управления инвертором реализуется следующими действиями.Формируются импульсы управления тиристорами стабильной частоты. Эти импульсы подаются на тиристоры диагонально расположенных инверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях перемен ного тока. П ри регулировании1753563 как, например, в серийном преобразователе СЧГ,ф о р мул а из о бр ете н ия 5 Способ управления многоячейковымпоследовательным инвертором, состоящим из тиристорных инверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, заключающийся в 10 том, что формируют импульсные последовательности по числу инверторных мостов с постоянной частотой, которые для диагонально расположенных мостов инвертора сдвигают одна относительно другой на ве личину фазового сдвига Г 1, и для каждогоинверторного моста их распределяют и под-ают на управляющие переходы соответствующих тиристоров инвертора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 20 устойчивости в работе инвертора, формируют сигналы, пропорциональные напряжению на коммутирующем конденсаторе и нэ входе инвертора, формируют сигнал рассогласования между ними, пропорционально 25 которому формируют величину фазовогосдвига Р 1. Составитель С, ДзлиеТехред М.Моргентал Корректор А, Долинич едактор лана Заказ 2773 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, глосква, Ж, Раузводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго Гагарина, 10 выходного параметра регулируют фазовый сдвиг Р 1 между импульсами управления диагонально расположенными тиристорами мостов в интервале Р 1=(180,0), Импульсы управЛения на соответствующие тиристоры диагональных мостов подаются всегда одновременно, что обеспечивает минимальное число коммутаций вентилей инвертора. Постоянно измеряют напряжения на коммутирующем конденсаторе одного из инверторных мостов и на входе инвертора. Эти напряжения сравниваются и формируются в соответствии с разностью напряжений сигнала рассогласования. По указанному сигналу дополнительно изменяют фазовый сдвиг между моментами включения тиристоров диагональных мостов от противофазной работы к синфэзной Р 1=(180, О), т,е. с уменьшением сигнала рассогласования уменьшают угол фазового сдвига,Датчик напряжения на коммутирующем конденсаторе может быть выполнен на основе трансформатора напряжения с выпрямителем, Блок 12 управления с устройством 13 регулируемой задержки выполняется Подписноетениям и открытиям при ГКНТ СССская наб., 4/5