Способ управления инвертором, нагруженным на два последовательно включенных колебательных контура

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик о 11 921039(И М. Кл. Н 02 Р 13/18 Государственный комитет СССР но делам изобретений . и оТкрытий(088.8) Дата опубликования описания 1504.82 А,В. Иванов, М.М. Мульменко, П,С. ойзмани А.Х. Узянбаев(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ, НАГРУЖЕННЫМ НА ДВА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРА Изобретение относится к преобразо вательной технике, в частности к способам управления выходной мощностью инвертора, и может использоваться в технологических процессах, требующих одновременного и независимого регулирования мощности двух индукционных нагревателей, питающихся от одного автономного инвертора,Известен ряд способов управления преобразователем, нагруженным на нагрузки, сущность. которых заключа- . ется в том, что каждую из нагрузок подключают через дополнительные ти-. ристорные ключи к выходу инвертора, 15 и управление тиристорными ключами ведут в функции регулируемых электри ческих параметров нагрузок 11-13).Однако эти способы характиризуется невысокой точностью, связанной с дискретностью подачи мощности в каждую из нагрузок, а также недостаточной надежностью из-за необходимости использования дополнительных вентильных групп.25Наиболее близким к предложенному является способ управления инвертором, нагруженным на два последовательно включенных колебательных кон тура, настроенных на различные ре зонансные частоты, путем изменениячастоты инвертора (4)Для осуществления этот способ не требует дополнительного вентильного оборудования, однако он основан напоочередной подаче энергии в нагрузки, что снижает точность поддержания электрических параметров нагрузок на заданном уровне., Кроме того, резкая перестройка частоты инвертора с одной резонансной частоты на другую приводит к возникновению повышенных напряжений на элементах схемы инвертора в переходном процессе, а также к электродинамическим ударам на элементы конструкции индукционных нагревателей и нагреваемые тела, что снижает надежность работы установок, работающих по такому способу.Цель изобретения - повышение точности и надежности способа.С этой целью при управлении ннвертором, нагруженным на два последовательно включенных колебательных контура известным способом, непрерывно контролируют регулируемый электрический параметр каждой из нагрузок, определяют отклонение каждого из них от соответствующей заданной величины и при совпадении знаков обоих отклонений изменяют величину выходного напряжения инвертора,а при различныхзнаках упоияйутых отклонений изменяютчастоту инвертора,причем изменениечастоты производят в диапазоне, ограниченном резонансными частотами колебательных контуров.,Кроме того, контролируют Фазовыйугол каждой из нагрузок, и при достижении одним из них значения, равногоего значению при резонансной частоте,10дополнительно изменяют частоту инвертораНа фиг. 1 приведена блок-схема системы автоматического управления, спомощью которой может быть реализоэай способ; на фиг. 2 - частотные характеристики нагрузок (й- по напряжению, Ю - по фазовому углу)К выходу автономного инвертора 1подключены резонансные нагрузки 2и 3, каждая из которых представляетсобой колебательный контур,.состоящий из индуктора, шунтированного батареей компенсирующих конденсаторов.С нагрузками связаны датчики 4 и 5регулируемого электрического параметра, выходы которых связаны с элементами сравнения, на другие входыкоторых поданы сигналы с эадатчиков8 и 9. Выходы элементов сравнения6 и 7 связаны с первым и вторым вхо- З 0дами управляющего устройства 10, вы"ходы которого связаны с регулятором11 выходного напряжения и первымвходом регулятора 12 частоты инвер"тора. Датчики 13 и 14 фазовых углов 35нагрузок связаны своими входами ссоответствующими нагрузками, а выходами - с элементами 15 и 16 сравнения на другие входы которых поданы сигналы задатчиков 17 и 18 Фазовых углов, а выходы элементов 15 и 16сравнения через вентили 19 и 20 связаны со вторым входом регулятора 12частоты.Способ управления инвертором 1, 45нагруженным на два колебательных контура, резонансные частоты которых Йри ГР 2 отличаются друг от друга заключается в том, что с помощью датчиков 4 и 5 непрерывно контролируютрегулируемые электрические параметры 5нагрузок, например напряжение О,сравнивают их в элементах сравнения6 и 7 с сигналами задатчикоэ 8 и 9Оол и Ооз, определяют отклоненияот заданных значений ьОл =Ом -О идБ=Оог -О 2 и в зависимости от знаков и величин этих отклонений с помощью регулятора 12 частоты и регулятора 11 напряжения изменяют частотуи напряжение инвертора 1, Причем с 60помощью управляющего устройства 10при совпадении знаков дОл и дО изменяют выходное напрвкение О, а припоявлении сигналов дЯ и дО 2 различных знаков изменяют частоту Е инвер тора 1, при этом изменение частоты йведут в диапазоне, ограниченном резонансными частотами Ер и йр нагрузок 2 и 3,Р 2Во время предварительнои настройки фиксируют значение фазового углаРР каниной нагрузки, измеренное в момент перехода через максимум регулируемого электрического параметра дан.ной нагрузки, т.е. угол соответствующий резонансной частоте, а затеи в .процессе регулирования с помощьюдатчиков 13 и 14 контролируют фазовый угол 9 каждой из нагрузок и придостижении нм зафиксированного значения 9 р дополнительным изменениемчастоты Й стабилизируют это значение.Дополнительное изменение частоты Йпроизводится. путем воздействия навторой вход регулятора 12 частотысигналом, поступающим через вентили19 и 20 с элементов 15 и 16 сравненияосуществляющих вычитание иэ сигналовфазовых углов ф, и фд сигналов ихзафиксированных значений рл и (,поступающих от задатчиков 17 и 18.Система автоматического регулирования, изображенная на фиг, 1, является двухмерной системой, в которойперераспределение выходной мощностиинвертора 1 между нагрузками производится за счет соответствующего из"менения частоты и. напряжения инвертора. В системе происходит независимое регулирование, т,е. поддержаниена заданном уровне напряжений двухнагрузок. При необходимости эместонапряжения может регулироваться другой электрический (ток, мощность)или связанный с ним технологический(температура нагреваемого в индукторе тела) параметр. Изменение частоты легко осуществляется изменениемпериода следования импульсов задающего генератора схемы управления инвертора, а изменение напряжения может производиться как за счет регулирования напряжения, питающего инвертор с помощью управляемого выпрямителя 21, так и другими известнымиметодами, э которых регулирование вы.ходной мощности инвертора.совмещенос процессом инвертирования (методгеометрического суммирования токовячеек, широтно-импульсный и другйеметоды)В устройстве 10 управления происходит определение знаков отклоненийрегулируемых параметров от заданныхзначений. В зависимости от конкретного сочетания этих знаков устройство 10 управления переводит системулибо в режим изменения напряжения,либо в режим изменения частоты. Совпадение знаков отклонений аОл и аОэ.свидетельствует об одновременномнедостатке или избытке величины регулируемого параметра в обеих нагрузках, поэтому в такой ситуации устройство управления производит. изменение напряжения инвертора, При различныл знаках отклонений в одной нагрузке выделяется недостаточная, в другой - избыточная мощность, поэтому устройство 10 управления, изменяя частоту инвертора, перераспределяет мощность между нагрузками (кривые на фиг. 2 а). Переключение системы из одного режима в другой происходит вплоть до ис чезновения отклонений.Объектом регулирования в системе является комплекс инвертор - распределенная нагрузка, причем объект.этот двухмерный, поскольку имеет две 15 выходные величиныи 2 и два входных воздействия - частоту Е и напряжение П. Изображенные на Фиг.2 а частотные характеристики объекта регулирования являются его статисти ческими характеристиками. Здесь 1 напряжение первой, 2 - напряжение второй нагрузки 1 и 2 - те же напряжения при вдвое меньшем выходном напряжении инвертора. Из-за, наличия экстремумов на статических характе" ристиках объект регулирования явля" ется существенно нелинейным, так как его статические характеристики неоднозначны (однойу и тому же значению напряжения соответствуют два значения частоты), Очевидно, что осуществление предлагаемого способа регулирования возможно лишь в диапазоне частот между экстремумами статических характеристик Ер Юру, за пре 35 делами которого нарушается устойчивость регулирования (область, отмеченная штриховкой на фиг. 2 аб).Так как резонансные частоты нагрузок в процессе регулирования могут в не которых пределах изменяться, необходимо следить за этим изменением и не допускать частоту инвертора за пределы указанного диапазона. В системе, показанной на Фиг. 1, это обеспечи вается дополнительным воздействием на частоту сигналом, поступающим на второй вход регулятора 12 частоты через вентили 19 и 20. В данном при- мере. зафиксированные значения фаэо.- 50 вых углов Юр и Фр равны нулю (кривые фиг. 2 а) . При достижении частоты Кр сигнал дфв 9-ф становится положительным и через вентиль 19 препятствует дальнейшему снижению частоты. Аналогично при переходе через частоту йр открывается вентиль 20 и отрицательный сигнал дфф 91-Фрд ограничивает частоту сверху. В диапаэоне частот йр Ер вентили 19 и 20 закрыты и обратные связи по фаэовым углам разомкнуты.Использование предложенного способа позволяет увеличить точность под" держания регулируемого параметра нагрузок по крайней мере в 10 раз, так как означает переход от позиционного к непрерывному регулированию, В частности при регулировании температуры в индукционных печах появляется воэможность замены следящих потенциомет. ров высокочастотными регуляторами температуры. При испытаниях способа получена точность т 0,5 ф вместо й 5 по известному способу. Помимо повышения точности значительно повышается надежность работы оборудования за счет устранения импульсных нагру. зок на его элементы.формула изобретения1. Способ управления инвертором,нагруженным на два последовательновключенных колебательных контура,настроенных на различные резонансныечастоты, путем изменения частоты инвертора, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повиаения точностии надежности, непрерывно контролируют регулируеьиай электрический параметр каждой иэ нагрузок, определяютотклонение каждого из них от соответствующей заданной величины и при сов"падении знаков обоих отклонений изменяют величину выходного напряжения инвертора, апри различных знаках упомянутых отклонений изменяютуказанную частоту инвертора, причемизменение частоты производят в диапазоне, ограниченном резонанснымичастотами колебательных контуров.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что контролируют фазовый угол каждой иэ нагрузок, и придостижении одним иэ них значения,равного его- значению при резонанснойчастоте,.дополнительно изменяют частоту инвертора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент Японии В 51-28133,кл. Н 02 И 7/48, 1976.,2. Патент США В 3717807,кл. Н 02 И 7/48, 19703. Патент США В 3925633,кл. Н 05 В, 1975.4. Авторское свидетельство СССР9 647815, кл. Н 02 Р 13/18, 1975.Редактор Т. Кинь торВ. Синицкая ах аз 2376/7 113035 Фидиал ППП Патентфф, г. Ужгородф ул. Проектна Тираж 719 НИИПИ Государственного по делам изобретений и Москва, Ж, РауюскаПодписное митета СССР ткрытийнаб., д. 4/5