Устройство для управления автономным тиристорным инвертором

Союз СоветскмСоциалистическизРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОВРЕТЕ Н ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЙТВЛЬСТВУ ц 11657573 1,1, "41 Я 5 61) Дополнительное к авт, сви У 6 121) 2434075/24-0(51) М, Кл. Н 02 Р 13/1 рисоедиыением заявкиГосударственник ка СССР па делам кзобрете и открытка(5 З) УДК 621.316. 727088 8) Опубликоваио 15.04.79.Бюл иковаии Дата о Е. Чаплыгин О, Г, Булатов В. И, и В, А. Шитов ещ 12) Авторы изобретени Московский ордена Ленина энергетический инстит Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТО ТИРИСг ОРНЫМ ИНВЕРТОРО 1 М осится к преобр Изобретение вательной техн использования напряжения с формой выходиИзвестны а ряжения с прям мой выходного ерторы напенчатой фороугольно-с наиряжени чаемо ике и предназначено для в автономных инверторах прямоугольно-ступенчатой ого напряжения,втономные инв при помощи трансформатора с секционированными обмотками, который подключается на выходе однофазного инвертора к вторичной стороне через систему соответствующих вентилей. Недостатком такого устройства является узкий диапазон регулирования.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для управления инвертором с секционированным трансформатором, содер 1жащее формирователь длительности импульсов, реализованный по вертикальному принципу, и распределитель импульсов управления. Устройство предназначено для управления автономным инвертором Ключевое устройство по первичной стороне формирует разнополярные импульсы регулируемой длительности с частотой, превышающей выходную частоту инвертора. Синхронно с работой ключей на первичной стороне работают вентили вторичной стороны, подключающие нагрузку к определенным секциям трансформатора. функцией системы управления является формирование импульсов управления, длительность которых равна длительности импульсов формируемого выходного напряжения. Однако естественная коммутация вентилей в укаэанном инверторе возможна ишь при работе на нагрузку с близким к нулевому индуктивным или же с емкостным сдвигом основной гармоники выходного тока относительно основной гармоники выходного напряжения, Начиная с некотсьрых граничных значений коэффициентов мощности активно-индуктивной нагрузки, зависапих от числа импульсов ца полупериоде выходного напряжения и их длителности, на вторичной стороне возможно обЦелью изобретения является расширение диапазона работы инвертора на активно-индуктивную нагрузку с пониженными значениями коэффициента мощности. Это достигается тем, что предлагаемое устройство для управления автономным тирристорным инвертором напряжения с прямоугсаьно-ступенчатой формой выходного напряжения с числом уровней на полупериоде, равным Й, содержащее генератор тактовых импульсов, связанный че- фф рез генератор опорного напряжения с компаратором, выход которого присоединен к логическому распределителю управляющих импульсов, присоединенный к компаратору источник ведущего сигнала, регистр, вход которого связан с генератором тактовых импульсов, и связанный с регистром реверсатор, прямой и инверсный выходы которого присоединены к логическому распределителю управляющих импульсов, дополнительно снабжено датчиком нуля тока нагрузки, двумя дифференцируюшими цепями, элементом ИЛИ, триггером рекуперации и ( Й -2) каналами, каждый из которых содержит два триггера и три элемента И, причем вход элемента ИЛИ связан с прямым и инверсным выходами реверсатора через дифференцирующие цепи а выход - с М-входом триггера рекуперации, 3 - вход которого связан с датчиком нуля тока нагрузки, в каждом из допсанительных каналов Я - вход первого триггера через первый элемент И связан с инверсным выходом компаратора, выхо 4 дом триггера рекуперации и соответствующим выходом регистра, а 5 - вход через второй элемент И присоединен к прямому выходу компаратора, инверсному выходу триггера рекуперации и указанному выходу регистра, Й - вход второго триггера через третий элемент И связан с выходом компаратора, следующим по отношению к ука занному выходом регистра и прямым выходом триггера рекуперации, а . 3 - вход - с выходом элемента ИЛИ, выходы всех триггеров устройства связаны с логическим распределителем управляющих импульсов.На фиг. 1 приведена схема силовой части автономного инвертора (с пятью импульсами на полупериоде выходного напряжения, И -3); на фиг. 2 - структур ная схема описываемого устройства управразование короткозамкнутых контуров протекания тока, минующих нагрузку. Указанные режимы являются аварийными. ления; на фиг. 3, а-в - временные диаграммы, поясняющие принцип его дойствия.Устройство (см. фиг. 2) содержит генератор 1 тактовых импульсов, генератор5 2 опорного напряжения, источник 3 ведущего сигнала, компаратор 4, логическийраспределитель 5 управляющих импульсов,регистр 6, реверсатор 7 (датчик полярности полуволны выходного напряжения),О датчик 8 нуля тока нагрузки, дифференцирующие цепи 9 и, 10, элемент ИЛИ 11,триггер 12 рекуперации, первый 1 3 ивторой 14 триггеры дополнительного Канала и элементы И 15-17 дополнитель ного канала.Т, Т, Т, Р, Д, Р и К - выходныесигналы элементов схемьцА(, А и А - уровни выходного напряЪжения,Выходное напряжение инвертора формируется следующим образом.В режиме Х (см, фиг. 3, а) энергияв нагрузке рассеивается при с1,1 и выходное напряжение формируется, как пока 25зано на этой диаграмме, При снижениикоэффициента мощности нагрузки при1 6 ток нагрузки не спадает до нуля,при этом происходит перевод устройства .ЗОв режим 11 (временная диаграмма нафиг. 3, б). Длительность первого импульса на полупериоде выходного напряженияпродлевается до момента с =1, при этомрассеивание (рекуперация) энергии, запа 35сенной в нагрузке, происходит ускореннопод действием напряжения, формируемогоинвертором. Если устройство имеет контурстабилизации выходного напряжения, топри переводе устройства из режима 1 врежим П импульсы выходного напряженияОсужаются и момент 2 смешается вправо,Если же коэффициент мощностй нагрузкиснизился до уровня, когда . в моментЬ ток нагрузки еше не спал до нуля,то включение вентилей, формирующих им 45пульс большей амплитуды, недопустимо,так как оно приводит к короткому замыканию цепи трансформатора, поэтому устройство переводится в оежим Ш, при ко 56тором первый импульс. продлевается доЬкончания второго импульса в режимах1 и 11 (временная диаграмма на фиг.3,в).При наличии контура стабилизации выходного напряжения при переводе из режима5511 в режим Ш центральные импульсы выходного напряжения расширяются. Аналогично происходит обратный переход изрежима Ш в режимы П и 1, при этомЩи наличии контура стабилизации функционирование схемы устройства. Для обеспечения хорошего гармонического состава выходного напряжения инвертора выходное напряжение во второй части четверти периода формируется симметрично первой четверти во всех режимах, При большем числе уровней выходного напряжения указанный принцип сохраняется: сначала продлевается импульс меньшей амплитуды, затем импульс большей амплитуды не формируется, вместо него продолжается формирование импульса меньшей амплитуды. Центральный импульс выходного напряжения сохраняется всегда, так как к началу его формирования ток нагрузки спадает до нуля, При пяти импульсах на полупериоде выходного напряжения и максимальной длительности импульсов это соответствует СОв Ч мин - с 05972 й20 =-0,3090, при семи импульсах -СОМмин 0,22.Указанный алгоритм реализуечся устройством управления (см. фиг. 2) следующим образом.ЯБ -триггер 12 рекуперации форми рует сигнал Р, соответствующий временным интервалам, когда выходной ток и напряжение имеют разные знаки, Для этого триггер 1 2 связан с датчиком 8 нуля тока нагрузки и реверсатором 7. Если в момент 1. сигнал не равен нулю, то срабатывает первый Й 5 - триггер 13 дополнительного канала, формирующий сигнал 2, Это срабатывание происходит при изменении напряжения на выходе компаратора 4 (появлении сигнала на выходе компаратора), Регистр 6, выходные напряжения которого соответствуют сигналам в тактах Т, Т, Т , Т и Т на 40 первом полупериоде и сигйалам в тактах Т, Т , Т , Г и Т на втором полупериоде, в момент 6 находится в такте Т . Триггер 13 через элемент И 15 связан с компаратором 4, триггером 12 и выходом 4 регистра 6, соответствующим выдаче сигнала в такте Т . Сброс триггера 13 происходит симметрично центральному импульсу выходного напряжения при появлении на компараторе сигнала К, при этом регистр 6 находится в такте Т , а на выходе триггера 12 имеется сигнал Р , В соответствии с этим триггер 1 3 через элемент И 16 связан с компаратором 4, триггером 12 и регистром 6, Второй триггер 14 55 дополнительного канала срабатывает в момент 6если при этом имеется сигнал Р . Для этого его вход связан с компаратором, выходом регистра, соответствующим такту Т, и выходом триггера рекуперации. Сброс осуществляется при перебросе реверсатора в конце полупериода. Выходной функцией триггера 14 является сигнал ГСигналы с выходов реверсатора 7, регистра 6, триггеров 12 - 14 и комнаратора 4 поступают на логический распределитель 5 управляющих импульсов, работа которого описывается (сигналы реверсатора опускают) следующими логическими управлениями.Уровень А ( см, фиг. 3, а) формируется 11 риД=ТК+ТЭ.Т Р+Т ГК, О)уровень А - при(2)уровень А - при3А =Т к.При большем количестве импульсов на полупериоде уравнение (1) содержит дополнительные члены, логические функции которых вырабатываются другими дополнительными каналами.Таким образом, реализация предлагае- . мого устройства управления позволяет не только исключить аварийные режимы при снижении коэффициента мощности нагрузки и тем самым повысить надежность схемы, но и сохранить работоспособность системы при довольно хорошем качестве выходного напряжения. В первую очередь это устройство может найти применение при работе инвертора на 1 С - фильтр. В номинальных режимах выбор элементов фильтра позволяет обеспечить емкостный или активный характер входного сопротивления фильтра на основной частоте, однако в переходных режимах или при перегрузке инвертора по току коэффициент мощности на входе фильтра может резко снижаться, при этом применение данного уст.- ройства позволяет сохранять работоспособность схемы при небольшом изменении гармонического состава выходного напряжения. При работе инвертора на двигатель среднестатический коэффициент мощности двигателя известен, следовательно, известен и типовой режим работы устройства управления. Коэффициент трансформации секционированных обмоток силовой части может быть подобран для оптишзации гармонического состава выходно. о напряжения в этом режиме, Переход в другие657573 7 П режимы при изменении коэффициента мощности нагрузки сопровождается некоторыми изменениями спектрального состава выходного напряжения. ДостоинствамиФпредложенного устройства являются также возможность работы при переменной выходной частоте, высокое быстродействие и устойчивость функционирования при замкнутом контуре регулирования выходного чапряжения. Формула изобретения Устройство для управления автономным тиристорным инвертором напряжения с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения с числом уровней на полупериоде, равным М, содержащее генератор тактовых импульсов, связанный через генератор опорного напряжения с компаратором, выход которого присоединен к логическому распределителю управляющих импульсов, присоединенный к комиаратору источник ведущего сигнала, регистр, вход которого связан с генератором тактовых импульсов, и связанный с регистром реверсатор, пря мой и инверсный выходы которого присоединены к логическому распределителю управляющих импульсов, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью расширения диапазона работы инвертора на активно-индуктивную нагрузку с пониженными значениями коэффициента. мощности, оно дополнительно снабжено датчиком нуля 5 тока нагрузки, двумя дифференцирующимицепями, элементом ИЛИ, триггером рекуперации и ( Н -2) каналами, каждый из которых содержит два триггера элемента И, причем вход элемента ИЛИ связан с 36 прямым и инверсным выходами реверсатора через дифференцирующие цепи, а выход - с Я - входом триггера рекуперации, Я - вход которого связан с датчиком нуля тока нагрузки, в каждом из до полнительных каналов Я - вход первого триггера через первый элемент И связан с инверсным выходом компаратора, выходом триггера рекуперации и соответствующим выходом регистра, 3 - вход ф через второй элемент И присоединен кпрямому выходу компаратора, инверсному выходу триггера рекуперации и указанному выходу регистра, Ъ - вход второго триггера через третий элемент И связан с выходом компаратора, следующим по отношению к указанному выходом регистра и прямым выходом триггера рекуперации, а Я - вход - с выходом элемента ИЛИ, выходы всех триггеров устройства Зф связаны с логическим распределителемуправляющих импульсов.657573 Составитель О. Техред С. Миг ов Редак А ейсочен оррек нк Тираж 856комитета СССРоткрытийскан наб., д. 4 Заказ 1821/56 11 НИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушодпис филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн