Устройство для управления автономным тиристорным инвертором

656178 Союз СоветскихСоцивлистицескихРеспублик Оп ИСА ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М, Кл Н 02 Р 13/ Государственный комитет СССР по делам изооретений н открытий(71) Заявитель Московский ордена Ленина энергетический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ИНВЕРТОРОМ 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 секционированнь,ми обмотками, который включается на выходе однофазного инвертора, ко вторичной стороне трансформатора через систему соответствующих вентилей подключается нагрузка 11,Недостатком данного устройства является невысокая надежность.Наиболее близким по технической сугцности к изобретению является устройство управления инвертором, содержащее формирователь длительности импульсов, реализованный по вертикальному принципу, распределитель импульсов и выходные каскады 2. Устройство предназначено для управления автономным пнвертором. Ключевое устройство на первичной стороне формирует разно- полярные импульсы регулируемой длительности с частотой, превышающей выходную частоту инвертора. Синхронно с работой ключей на первичной стороне раоотают вентили вторичной стороны, подключающие нагрузку к определенным секциям трансформатора. Функцией системы ъп 1)авленпя является формирование импульсов управления, длительность которых равна длительности импульсов формируемого выходного напряжения. Достоинством устройства является естественная коммутация вентилей на вторичной стороне, что позволяет использовать тпрпсторы без цепей принудительной коммутацни. Однако естественная коммутация вентилей в указанном типе инвсрторов возожив лишь при работе на нагрузку с близким к нулевому индуктивным плн емкостным сдвигом основной гармоники выходного тока относитепьно основной гармоники выходного напряжения. Начиная с некоторых граничных значений козффицнентов мощности активно-индуктивной нагрузки, зависящих от числа импульсов на полупсриоде выходного напряжения и их длительности, на вторичнои стороне возможно образование.короткозамкнутых контуров протекания тока, минуюгцихнагрузку. Указанные режимы являются аварийными.Цель изобретения - обеспечение надежной работы инвертора на активно-индуктивную нагрузку с пониженными значениями коэффициента мощности.Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления автономным тиристорным инвертором, содержащее формирователь длительности импульсов, распределитель импульсов и выходные каскады, дополнительно снабжено датчиком тока нагрузки, фильтром первой гармоники тока нагрузки, нуль-органом с прямым и инверсным выходами, двумя элементами задержки, двумя дифференцирующими цепями и цепями, состоящими из последовательно соединенных элементов совпадения, триггера и второго элемента совпадения, причем выходы вторых элементов совпадения связаны с выходными каскадами соответствующих тиристоров, а вторые входы - с каналами распределителя импульсов соответствующих тиристоров, входы первых элементов совпадения соединены с каналами распределителя, вторые входы первых элементов совпадения цепей, связанных с выходными каскадами тиристоров, соединены через элемент задержки с инверсным выходом нуль-органа, к которому через дифференцирующую цепь подключены вторые входы триггеров этих цепей, а соответствующие элементы остальных дополнительных цепей соединены аналогично через второй элемент задержки и вторую дифференцирующую цепь с прямым выходом нуль-органа.На фиг. 1 приведена упрощенная схема инвертора, формирующего на нагрузке прямоугольно-ступенчатое напряжение; на фиг. 2 - структурная схема устройства для управления; на фиг, 3 - временные диаграммы, иллюстрирующие принцип действия устройства для управления,Инвертор состоит из ключей 1 - 4 на первичной стороне трансформатора, тиристоров 5 - 10 на вторичной стороне трансформатора, нагрузки (11, 12), в цепи которой находится датчик тока 13. Устройство для управления содержит формирователь 14 длительности импульсов, распределитель 15 импульсов управления, выходные каскады 16 - 23, .соответствующие ключам в схеме инвертора, фильтр основной гармоники тока нагрузки 24, нуль-орган 25 с прямым и инверсным выходами, элементы задержки 26, 27, дифференцирующие цепи 28, 29, схемы совпадения 30 - 37, триггеры 38 - 41, например, К-Ь-типа, с двумя устойчивыми состояниями и с двумя информационными входами.На фиг. З,а - выходное напряжение инвертора, полуволна которого формируется из пяти импульсов с амплитудами А - А. Длительность и частота следования импульсов в кривой выходного напряжения задаются формирователем 14 длительности импульсов управления. Описываемое устройство5 предназначено для использования в инверторах с постоянной выходной частотой, поэтому в дальнейшем будем считать частоту выходного напряжения неизменной. Распределитель импульсов 15 осуществляет подачу 10сформированных импульсов через выходные каскады 16 - 23 на соответствующие силовые ключи по алгоритму, обеспечивающему формирование на нагрузке квазисинусоидального напряжения. Так, для описываемого случая распределитель 15 последовательно по сылает импульсы управления на выходныекаскады 18 - 19 - 20 - 19 в 18 в 21 в 22 в 23- - 22 в 21 18 , причем вход выходного каскада 16 соединен с входами каскадов 18, 20 и 22, а вход выходного каскада 17 с входами каскадов 19, 21 и 23.Временные диаграммы (фиг. З,б-ж) иллюстрируют работу устройства управления для случая чисто активной нагрузки. Кривая тока нагрузки в этом случае совпадает с кривой выходного напряжения. На фиг. З,б - 25 напряжения на инверсном и прямом выходахнуль-органа 25. На фиг. З,г - д - эти же сигналы после элементов задержки 26 и 27, величина задержки которых равняется длительности полупериода без длительности одного тактового интервала. На фиг. З,е - ж - выходное напряжение триггеров 38 и 41.Срабатывание этих триггеров происходит в момент подачи на единичный вход сигнала от схем совпадения 30 и 35, вырабатываемого в момент одновременного поступления 35 двух сигналов на входы элементов 30 и 35.Сброс триггеров 38 и 41 осуществляется при поступлении на нулевой вход каждого положительного сигнала с дифференцирующих цепей 28 и 29. Выходные напряжения триггеров 39 и 40 формируются аналогично, со сдвигом на один тактовый интервал. В описываемом случае выходные сигналы триггеров 38 - 41, поступающие на вторые входы схем совпадения 33 - 37, позволяют реализовать подачу импульсов управления в уп равляющие цепи силовых ключей и обеспечить нормальную работу инвертора. Подобный алгоритм работы устройства сохранится и в случае слабой индуктивной реакции нагрузки, пока выделенная основная гармоника тока нагрузки, весьма близко совпа дающая с кривой тока нагрузки, будет менять знак на интервале первого на полу- периоде импульса выходного напряжения.Рассмотрим случай, когда ток нагрузкизначительно отстает от кривой напряжения 55 на нагрузке (фиг. З,а - кривые 1)н и Эн).Данное устройство управления препятствует образованию короткозамкнутых контуров протекания тока, минующих нагрузку, меняя алгоритм подачи управляющих импульсов на ключи. На фиг. З,з - и приведены . диаграммы сигналов на инверсном и прямом выходах нуль-органа до элемента задержки, а на фиг, З,к - л - после задержки. Видно, что импульсы управления на тиристоры, фор мируюшие импульсы напряжения наименьшей амплитуды А, не поступают, что препятствует возникновению аварийных режимов. На фиг. З,м, н - выходные сигналы триггеров 39 и 40, которые, как видно из диаграммы, разрешают формировать импульсы выходного напряжения с амплитудой А. Полупериод выходного напряжения в этом случае будет формироваться из трех импульсов с амплитудами Аа и Аэ При дальнейшем уменьшении коэффициента мощности нагруз ки выработка импульсов управления будет продолжаться в описанной последовательности. При этом на нагрузку с любым коэффициентом мошности осушествляется надежный пуск инвертора.Зная номинальный диапазон изменения коэффициента мощности нагрузки приемлемого гармонического состава выходного напряжения, можно достичь соответствующим подбором амплитуд импульсов выходного напряжения. Особенно перспективным применение устройства представляется в случае синтезирования кривой выходного напряжения из значительного числа импульсов.При работе инвертора на 1.С-фильтр в расчетных режимах работы высокие.значения коэффициента мошности на входе филь 1- ра (или его емкостной характер) достигаются соответствующим выбором элементов фильтра. Однако в переходных режимах или при перегрузке по току возможно резкое уменьшение коэффициента мошности. Применение устройства не только обеспечивает защиту силовой Масти, но и позволяет сохранить работоспособность схемы при удовлетворительном гармоническом составе выходного напряжения.40Изобретение позволяет обеспечить надежное функционирование инвертора с постоянной выходной частотой на нагрузку с низкими значениями коэффициента мощности без добавления в силовую схему узлов принудительного запирания тиристоров и без усложнения алгоритма управления, а также позволяет достичь высоких технико-экономических показателей преобразовательногоустройства.Форлула изобретенияУстройство для управления автономным тиристорным инвертором с прямоугольноступенчатой формой выходного напряжения, получаемой за счет переключения тиристорами вторичных обмоток трансформатора, содержашее формирователь длительности импульсов, распределитель импульсов и выходные каскады, отличающееся тем, что, с целью обеспечения надежной работы инверто. ра на активно-индуктивную нагрузку с пониженными значениями коэффициента мощности, оно дополнительно снабжено датчиком тока нагрузки, фильтром первой гармонии тока нагрузки, нуль-органом с прямым н инверсным выходами, двумя элементами задержки, двумя дифференцируюшими цепями и цепями, состоящими пз последовательно соединеннь 1 х элементов совпадения, триггера и второго элемента совпадения, причем выходы вторых элементов совпадения связаны с выходными каскадами соответствуюших тиристоров, а вторые входы - с каналами распределителя импульсов соответствуюШих тиристоров, входы первых элементов совпадения соединены с каналами распределителя, вторые входы первых элементов совпадения цепей, связанных с выходными каскадами тиристоров, соединены через элемент задержки с инверсным выходом нуль-органа, к которому через дифференцируюгцую цепь подсоединены вторые входы триггеров этих цепей, а соответствуюшие элементы остальных дополнительных цепей соединены аналогично через второй элемент задержки и вторую дифференцируюШую цепь с прямым выходом нуль-органа.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Тонкаль В. Е., Лвпковский К. А., Мельничхк А. П. Способы млхчп 1 сния качества выходного напряжения автономных инверторов напряжения. Изд-во ИЗД АН УССР, Киев, 1972, с. 13- 70.2. Заявка М 2348827/07, 14.04.76, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.656178 гг:гаг У На/О а 1 Наг Иа Х,гга Е На 7 иг фиг.ХСоставитель О. Парехред О. Луговаяираж 856 Фельдма едактор аказ 154 ета СССРоткрытийнаб., д. 4/5ул. Проектна осударственного коми елам изобретений и сква, Ж, Раушска Патент, г. Ужгород Ц 11 ИИ П Ипо 113035, М лиал ППП гона Корректор С. Шекм Подписное