Способ регулирования мощности инвертора

с с,(Ма р:"; ть,авясквя ,ю,тЕ 11 91,й Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 240179 (21) 2716290/24-07С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКИ йо(51)М. Кл.З Н 02 М 7/505 Гоеударстаеииый комитет СССР ио делам изобретений и открытий(71) Заявитель уфимский авиационный институт им, Орджоникидзе(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ИНВЕС ТОРА 1Изобретение относится к преобразовательной технике и может найтиширокое применение в источниках питания индукционных электротермических установок. 5Известны способы регулирования выходной мощности инвертора, работающего на колебательный контур, путем изменения выходной частоты инвертора,при этом используется зависимость 10полного эквивалентного сопротивлениянагрузочного контура от частоты напряжения на нем 111, 2) и 3,Недостатком известных способов является узкий диапазон регулирования 15мощности,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ, при котором регулирование.мощности инвертора осуществляют путем изменения частоты следования упраьляющнх импульсов на его вентилив Функции регулирующего воздействия 11Недостатком укаэанного способа яв-ляется узкий диапазон регулирования, 25Это связано с тем, что выходной токинвертора, как правило, несинусоидален и содержит большой процент высших гармоник. Максимальная мощностьвыделяется на нагрузке тогда, когда 30 частота первой гармоники выходноготока совпадает с резонансной частотойколебательного контура нагрузки. Припомощи регулирования частоты следования управляющих импульсов на вентили инвертора изменяют, напримеруменьшают, частоту первой гармоникивыходного тока. Но при этом частотывысших гармоник также уменьшаются,приближаясь к резонансной частотенагрузки. Это ведет к тому, что мощ-ность, выделяемая первой гаомоникойуменьшается, а мощность высших гармоник возрастает. Уменьшение полноймо,ности, выделяемой в нагрузке,возможно до тех пор, пока мощностьпервой гармоники уменьшается в большей мере, чем возрастает мощностьвысших гармоник. Дальнейшее снижениечастоты управляющих импульсов приводит к увеличению полной мощности нагрузки, и мощность определяется восновном высшими гармониками. В случае, если выходной ток инвертора синусоидален и не содержит высших гармоник, диапазон регулирования по известному способу ограничен допустимым диапазоном изменения частоты.Минимальное значение мощности, кото.рое возможно получить при известном40 способе регулирования, зависит от схемы инвертора и параметров нагруз ки и обычно составляет 0,1-0,15 номинальной. Для многих технологических процессов индукционного нагрева необходимо регулирование мощности в более широком диапазоне, поэтому известный способ регулирования для них неприменим.Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходной ;мощности инвертора. 16Поставленная цель достигается теМ, что в способе регулирования мощности. инвертора, работающего на колебательный нагрузочный контур, путем изменения частоты следования управляющих 15 импульсов на его вентили в функции регулирующего воздействия, дополнительно Формируют сигнал пилообразной формы, с периодом, кратным периоду управляющих импульсов, сравнивают 20 его с регулирующим воздействием и в моменты времени, для которых величина сигнала больше регулирующего воздействия, запрещают прохождение управляющих импульсов на вентили инвертора. 25Кроме того, амплитуду сигнала пилообразной форьы выбирают равной ве личине регулирующего воздействия, при котором частота управляющих импульсов равна частоте, на которой 30 вторая производная мощности по частоте максимальна.Способ основан на том, что регули. рование мощности инвертора осуществляют не только изменением частоты выходного тока инвертора, но и его прерыванием на время, в течение которого величина сигнала пилообразной Формы больше регулирующего воздействия. Изменяя регулирующее воздействие, изменяют соотношение между временем, когда инвертор выдает в нагрузку ток, и временем, когда выходной ток инвертора равен нулю, а тем самым - среднее значение выходной мощности инвертора. 45На Фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующая предлагаемый спОсоб регулирования; на Фиг. 2 - типичная зависимость мощности нагрузки от частоты выходного тока инвертора 0на Фиг. 3 - кривые, поясняющие принцип регулирования по предлагаемо-Му способу.Устройство содержит задающий генеРатор 1, вхоД Управления котоРого соединен с регулирующим напряжением Ор, а выход чеРез логический элемент И 2 связан с инвертором 3 и делителем 4 частоты, у которого вход соединен с задающим генератором 1 а.выход - с генератором 5 пилообразного напря жения. Выход генератора 5 пилообразного напряжения соединен с одним иэ входов устройства б сравнения, на другой вход которого подано управляю щее напряжение Ор, Выход устройства 5 б сравнения через логический элементНЕ 7 соединен со вторым входом логического элемента И 2.Регулирование мощности основано,также как в известном способе, наиспользовании зависимости мощности,выделяющейся в нагруэочном колебательном контуре, от частоты выходного тока инвертора (фиг. 2).На Фиг. 3 показанынапряженияО 4 ( 1-7) на выходеэлемента устройства фиг. 1.Задающий генератор 1 устройствагенерирует непрерывную последователь.ность импульсов О,(, частота которыхявляется функцией регулирующего на"пряження Ор. При уменьшении ОР частота импульсов О также уменьшается.Величина регулирующего напряжения может изменяться при 0 й ОР а ОР. Приэтом частота импульсов задающего генератора 1 изменяется в пределах, соответствующих изменению частоты выходного тока инвертора в диапазонеГГР (фиг. 2).Период повторения импульсов О 4 навыходе делителя 4 частоты кратен пе-,риоду импульсов задающего генератораи зависит от коэффициента делениячастоты (Фиг. 3).Генератор 5 пилообразного напряжения выполнен заторможенным, и егозапуск осуществляется импульсами делителя 4 частоты, Поэтому период еговыходного напряжения О также кратенпериоду импульсов задающего генератора 1.Устройство б сравнения работаетследующим образом (фиг. 3): при сигнале О генератора 5 пилообразногонапряжения меньшем, чем ОР, напряжение О 6 на выходе устройства б сравнения равно нулю, а при О ) ОР напряжение О равно постоянйой велнчи-Рне соответствующей логической единицы вРассмотрим работу устройства, ког.да амплитуда сигнала пилообразнойформы О меньше регулирующего напряжения ОР. В этом режиме напряжениеОР с устройства б сравнения всегдаравно нулю, а напряжение О на выходе логического элемента НЕ 7, а, следовательно, и на входе логическогоэлемента И 2, равно единицеПоэтомуимпульсы задающего генератора 1 поступают на инвертор 3 и частота ихследования определяет выходную частоту инвертора. Снижение величины регулирующего напряжения ОР ведет к уменьшению частоты задающего генератора 1,а, следовательно - к снижению мощности (Фиг. 2),Необходимо отметить, что снижениемощности при этом происходит толькоза счет отклонения частоты выходноготока инвертора от резонансной частоты нагрузки.Рассмотрим работу устройства, ког-да регулирующее напряжение ОР стано 788305формула изобретения вится меньше амплитуды сигнала гене"ратора пилообразного напряжения О .Пусть в момент времени сеО генератор5 пилообразного напряжения запускается очередныи импульсом с делителя 4частоты (фиг. 3) . В этом случае приО с С С С.1 НаПряжЕНИЕ 0 На ВЫХОДЕустройства 6 сравнения равно нулю, анапряжение О на выходе логическогоэлемента НЕ 7- равно логической единице. Тем саьым разрешается прохождение управляющих импульсов 01 задаю- йщего генератора 1 через ключ 2 навход инвертора 3. При сс, напряжение О больше регулирующего напряжения Ор, поэтому напряжение 06 присс 4 равно логической единице, анапряжение О равно нулю. Так как напряжение на одном из входов логического элемента И 2 равно нулю, то не"зависимо от сигналов на втором входе,напряжение на его выходе также равнонулю. Поэтому импульсы задающего генератора 1 не поступают на инвертор3, и он выключается.В момент времени с щ с 1 делитель 4частоты вырабатывает очередной импульсО, что приводит к началу нового перйода работы генератора 5 пилообразного напряжения и повторению рассмотренного процесса,30Таким образом, при Ос с сА выходная мощность инвертора равна Р 1 и определяется частотой управляющих импульсов задающего генератора 1 и частотной характеристикой нагрузки. При с ю с й с инвертор включен и его вйходная мощность равна нулю, средняя мощность Рср инвертопа за время Осс равна Р - . Время сз за висит от коэффициента деления и, делителя Ч частоты и периода иипульсов 40 Т задающего генератора 1:са " Тз д. (1) Напряжение О в диапазоне О с сс изменяется по закону;О0 45Ви тогде О - амплитуда сигнала генератора 5 пилообразного напряжения.Момент с.1 находится из уравнения 50Ор 0 (с)или(2)Ую Т,.потсюдас - - тз и.55ОУчитывая (1) и (2), пОлучим- (3)Р ОВВИэ (3) следует, что регулирование Рср можно получить изменением величины Щ Ор или ОБолее рационально производить регулирование изменением Ор, оставляя величину Ои постоянной.ри Ор О выходная мощность иивертораакже равна нулю. О Следовательно, способ позволяет расширить диапазон регулирования и регулировать мощность инвертора от номинальной до нуля изменением регулирующего напряжения ОР от величины., соответствующей резонансной частоте нагрузочного контура Гр (фиг. 2) до ОРАЛО, При этом пока амплитуда сигнала пилообразной форьж меньше величины. регулирующего напряжения Ор, регулирование осуществляется эа счет от.клонения частоты выходного тока инвертора от резонансной частоты нагрузки. При амплитуде сигнала большей,чем ОР, регуЛирование осуществляется изменением частоты выходного тока инвертора и его прерыванием на время,в течение которого сигнал пилообраз"ной формы больше Ор .Переход с одного вида регулирования на другой происходит автоматичес ки. Частоту и мощность, при которых происходит переход, устанавливают при настройке преобразователя выбором амплитуды сигнала пилообравной Формз.На частотной характеристике нагрузки (фиг. 2) можно выделить два участка: участок 1 Р - Ги, на котором существует резкая зависимость мощности нагрузки от частоты, участок Г - Г на котором мощность в нагрузке практически постоянна и не зависит от ча тоты выходного тока инвертора. Точка Г, Р характерна тем, что в ней вторая производная мощности по частоте максимальна.Регулирование мощности в диапазоне РР - Р целесообразно вести только за счет изменения частоты, а при Р с Р - за счет изменения частоты и прерывания выходного тока ннвертора, Для этого амплитуду сигнала пилообразной формы следует выбрать равной величине регулирующего воздействия, при котором частота управляющих импульсов равна частоте, на которой вторая производная мощности по частоте максимальна, т.е, величине Ор, соответствующей точке Г Г . РР частотной характеристики нагрузки. 1. Способ регулирования мощности инвертора, работающего на колебательный нагрузочный контур, путем иэме-,нения частоты следования управляющих иипульсов на его вентили.в функции регулируккаего воздействия, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширениядиапазона регулирования, Формируют сигнал пилообразной Фобы,с периодом, кратныи периоду управляющих импульсов, сравнивают его с регулирующии воздействием и в моментывремени, для которых величина сигнала больше регулирующего воздействия,запрещают прохождение управляющихимпульсов иа вентили инвертора..фе Филиал ППП ".Пате г. Ужгород,ул, П ая 2. Способ по п. 1, о т л и ч а в. а и й с я тем, что амплитуду сигна" ла пилообразной формы выбирают равиой величине регулирующего воздействия, при котором частота управляющих, импульсов равна частоте, на которойвторая производная мощности по.час" тоте максимальна. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Беркович Е.И. и др. Тиристорные преобразователи высокой частоты. Л., "Энергия", 1973, с. 165-170,2, Гитгарц Д.А., Иоффе Ю.С. Новыеисточники питания и автоматика индук 4ционных установок для нагрева .и плавки. М., "Энергияф, 1972, с, 82-83,3. Киямов Р.Н. и др. Сравнениеспособов регулирования Мощности инвертора с нагрузкой между входнымидросселями. - В сб. Тиристорные преобразователи частоты для индукцнонф ного нагрева металлов. Вып. 5, Труды УАИ, вып. 91, Уфа, 1976, с. 48-51У Ф ф