Способ управления двухтактным инвертором

(19) (И) О.Н значением н занный сигн .по модулю б и прекращаю прета, если го значения пряжения и формиру л запрета, если ра льше порогового зн формирование сиги разность меньше по ют ук ност ченй ла з говоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЭО ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ.(71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССРи 663048, кл. Н 02 М 7/537, 1977.. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ю 2893164,кл. Н 02 Р 13/16, 1979.(54)(57) СПОСОб УПРАВЛЕНИЯ ДВУХТАКТ" НЦМ ИНВЕРТОРОМ, содержащим силовые управляемые ключи, конденсатор, подключенный параллельно первичной обмотке силового трансформатора, состоящий в том, что периодически и по". очередно коммутируют силовые управляемые ключи,. принадлежащие разным плечам инвертора, и формируют сигналзапрета проводящего состояния силовых управляемых ключей на воемя перезаряда конаенсатооа,о т л и ч а ю "ш и й с я тем, что, с целью упрощения и уменьшения потерь эйергии, определяют мгновенное значение напряжения на обмотке силового трансформатора, запоминают это значение в каждомтакте, формируют в каждом такте управляющее напряжение, меньшее по величине мгновенного значения напряжения на обмотке силового трансформатора в предыдущем такте, определяют вкаждом такте разность между управляющим напряжением и мгновенным значением напряжения на обмотке силовоготрансформатора в данном такте, сравнивают полученную разность с йороговым З5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в системах преобразования электрической энергии.Известен способ управления двухтактным инвертором, при котором фиксируют протекание тока перезаряда конденсатора, включенного параллельно первичной обмотке силового трансформатора и отпирание очередного по порядку работы силового ключа не производят до тех пор, пока ток перезаряда не станет меньше некоторой величины или не прекратится совсем 11 .Недостатком этого способа состоит в сложности схемной реализации, так как необходимо иметь датчик тока перезаряда конденсатораКроме того, такой способ управления неприменим к мостовому инвертору, в котором возможна двухступенчатая коммутация силовых ключей.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления двухтактным инвертором, сэдержащим силовые управляемые ключи, силовой трансформатор, параллельно первичной обмотке которого включена конденсаторная цепь, и цепи коммутацииотпирания и запирания ) силовых управляемых ключей, заключающийся в том, что формируют сигналы отпирания и запирания силовых управляемых ключей, контролируют напряже" ние между электродами выходной цепи силовых ключей, сравнивают упомянутое напряжение с пороговым уровнем и запрещают проводящее состояние силового ключа, если напряжение между его электродами выходной цепи превышает пороговый уровень, причем указанный пороговый уровень устанавливают меньшим напряжения питания, временно снимают запрет проводящего состояния силовых клочей при. превышении напряжения между электродами выходной цепи силовых ключей над упомянутым пороговым уровнем, момент начала снятия запрета устанавливают совпадающим с началом первого такта работы инвертора, а момент оконца" ния снятия запрета устанавливают до начала второго такта2 1. Недостаток известного способа состоит в сложности схемной реализации, так как необходимы устройства, реализующие Функции пуска инверто-. ра и снятия запирания силовых ключей на время пуска, Кроме того, элементыцепи сравнения напряжения на силовых.ключах с указанным пороговым уровнемдолжны быть рассчитаны на напряжениепитания для случая мостовой схемыи на удвоенное напряжение питания,если инвертор выполнен по двухтактнойсхеме с двухфазной первичной обмоткой силового трансформатора. При,этомвходные токи устройства сравниваниявызывают дополнительные потери энергии, которые могут быть значительными при работе инвертора от промышленной сети напряжением 380 В. Высокое напряжение питания затрудняет 1, резкоограничивает ) выбор элементов дляреализации функции сравнения,Цель изобретения - упрощениеспособа управления и уменьшение потерь энергии,Поставленная цель достигаетсятем, что способ .управления двухтактным инвертором, содержащим силовые управляемые ключи, конденсатор, подключенный параллельно первичной обмотке силового трансформатора, состоящий в том, что периоди"чески и поочередно коммутируют силовые управляемые ключи, принадле жащие разным плечам инвертора, и Формируют сигнал запрета проводящего состояния силовых управляемых ключейна время перезаряда конденсатора,определяют мгновенное значение напряжения на обмотке силового трансформатора, запоминают это значениев каждом такте, Формируют в каждомтакте управляющее напряжение, меньшее по величине мгновенного значения напряжения на обмотке силовоготрансформатора в предыдущем такте,определяют в каждом такте разностьмежду управляющим напряжением имгновенным значением напряжения наобмотке силового трансформатора еданном такте, сравнивают полученнуюразность с пороговым значением напряжения и формируют указанный сигналзапрета, если разность по модулюбольше порогового значения, и прекращают формирование сигнала запре-.та, если разность меньше пороговогозначения,На чертеже приведена схема автогенераторного двухтактного инвертора с трансформаторной цепью положительной обратной связи ПОС и схема устройства для управления, реализующего спосбб.1014 121 1 О 3Устройство содержит первую 1и вторую 2 шины питания двухтактногоинвертора, секции 3 и 4 первичнойобмотки силового трансформатора 5,конденсаторную цепь 6, параллельнопервичной обмотке, силовые управляемые ключи 7 и 8, возвратные диоды 9 и 10, диоды 11 и 12 цепи ПОС,обмотку 13,ПОС, резистор 14 цепиПОС, токозадающий резистор 15,блок 16 запре й,управляющую обмотку 17трансФорматора 5, первый 18 и второй 19 выпрямители, резистор 20,конденсатор 21, управляемый пороговый элемент 22.и резистор 23. . 33Первая шина 1 питания подключена к общей точке секций 3 и 4 первичной обмотки силового трансформатора 5, Указанные секции шунтированы кон- .денсаторной цепью 6,которая можетбыть; щвыполнена, например, в виде параллельного соединения множества конденсаторов. Между вторыми выводами секций 3и 4 первичной обмотки силового трансформатора 5 и второй шиной 2 питаниявключены выходные цепи силовых управляющих ключей 7 и 8, шунтированныевозвратными диодами 9 и 1 О. Входныецепи силовых управляемых ключей 7 и8 шунтированы диодами 11 и 12 цепи ПОС. Между электродами управлениясиловых управляемых ключей 7 и 8включены соединенные последовательно обмотка 13 и. резистор 14 цепи ПОС.К управляющим электродам силовых уп"равляемых ключей 7 и 8 подключены вы- Эводы выходной цепи блока 16 силовыхуправляемых ключей. Управляющий электрод силового управляемого ключа 7. подключен к шине 1 питания через токоограничивающий резистор 15.оОбмотка 17 устройства управленияподключена к входным выводам первого 18 и второго 19 выпрямителей. Первые одноименные выходные выводы отрицательные ) выпрямителей 18 и 19 фсоединены и подключены к второй шине 2 питания. Между вторым выходнымвыводом первого выпрямителя 18 и объединенными первыми выводами выпрямителей 18 и 19 включена последовательная ЯС-цепь, образованная резистором 20 и конденсатором 21. К второмувыходному выводу второго выпрямителя 19 и средней точке РС-цепи 20-21подключены выводы входной цепи уп- иравляемого порогового элемента 22,выполненного фиг,.1 ) в виде р-п-ртранзистора. Между первым и вторым выходными выводами второго выпрямителя 19 включен резистор 23. Вывод выходной цепи управляемого порогового элемента 23коллектор р-р-р транзистора ) подключен к входной цепи управляемого устройства 16 запирания силовых управляемых ключей 7 и 8.Сущность способа состоит в следующем.При подключении двухтактного инвертора к источнику питания током через токозадающий резистор 15 отпирается силовой управляемый ключ 7 и в схеме за счет действия цепи ПОС возникает лавинообразно протекающий процесс нарастания напряжения на обмотках силового трансформатора 5. До подключения схемы к источнику питания на обмотках трансформатора от сутствуют напряжения и конденсатор 21, выполняющий роль элемента памяти, поэтому разряжен.Нарастающее напряжение на обмотке 17 передается через один выпрями- тель 18 на первый вывод входной цепи управляемого порогового элемента 22 эмиттер р-и-р транзистора), а через второй выпрямитель 20 на второй вывод входной цепи управляемого поро- . гового элемента 22 (базе р-в-р тран зистора), Нарастание положительного потенциала на конденсаторе 21 происходит медленнее, чем нарастание положительного потенциала на выходе второго выпрямителя 19, и поэтому управляемый пороговый элемент 22 остается во время процесса нарастания напряжения на обмотках трансформатора при первоначальном включении двухтактного инвертора в режим генерации в состоянии "0", при котором в выходной цепи управляемого порогового элемента 22 сигнал отсутствует ( р-Ь-р транзистор заперт ). При этом на вход блока 16 запирания силовых управляемых ключей не поступает сигнал, на выходе этого устройства также отсутствует сигнал запирания силовых управляемых ключей и регенеративный процесс отпирания силового управляемого ключа 7 протекает беспрепятственно.К моменту завершения перехода силового управляемого ключа 7 в проводя" щее состояниев этот момент разность потенциалов между электродами выходной цепи силового управляемого ключа снижается почти до нуля, на секции 3 первичной обмотки силового трансфор"5 101) матора 5 устанавливается напряжение, почти равное напряжению питания, и соответственно, дорастает до максимального напряжения на обмотке 13 и напряжение .на обмотке 17. Действием йпервого обусловлено поддержание про"водящего состояния силового ключа 7и запертого состояния силового управляемого ключа 8. Действием второгообусловлен заряд конденсатора 21 через резистор 20.В конце заряда конденсатора 21через резистор 20 на конденсаторе, скоторым соединен первый вывод входной цепи управляемого порогового Иэлемента 22, и на выходе второговыпрямителя 19, с которым соединенвторой вывод входной цепи управляе"мого порогового элемента 22 устанавливаются практически равные потенци- щалы, что недостаточно для перевода,управляемого порогового элемента 22в состояние "1", при котором в еговыходной цепи появился бы сигнал,( р-в-р транзистор остается в запертом состоянии ) и поэтому на выходеблока 16 запирания силовых управляемых ключей не появляется сигнал запирания, Если конструкция управляемого порогового элемента 22 такова,что для пребывания его в состоянии"0" необходим отрицательный потенциал первого вывода входной цепи по отношению к второму выводу ( например,в качестве управляемого пороговогоэлемента использован операционныйусилитель), параллельно конденсатору 21 может быть включена токопотребляемая цепь ( резистор, показанный нафиг. 1 пунктиром ), Отрицательное смещение создается за счет протекания то40ка через резистор 20 после завершения процесса заряда конденсатора 21.За счет действия синхроимпульса,подаваемого на вход блока 16,или за счет естественного процессанарастания тока через силовой управ"ляемый ключ 7, вызванного ростом тока намагничивания трансформатора ,силовой управляемый ключ выходит изсостояния высокой проводимости и напряжение на нем возрастет. Это вызывает в свою очередь уменьшениенапряжения на секции 3 первичной обмотки и, как следствие, уменьшениеЯнапряжения на вторичных обмотках 13и 17. Уменьшение напряжения на обмотке 17 означает уменьшение напряженияна выходе второго выпрямителя 19,121 6а следовательно, понижение потенциала на втором выводе входной цепи управляемого порогового элемента 22. Что касается потенциала на первом выводе входной цепи управляемого порогового элемента 22, он сохраняется неизменнымпочти неизменным ) за счет использования элемента памяти, коим выступает конденсатор 21. Поэтому при понижении напряжения на обмотке 17 на величину, равную порогу срабатывания управляемого порогового элемента 22, последний переходит в состояние "1" и на выходах управляемого блока 16 запирания управляемых ключей будет действовать сигнал запирания независимо от того, имеется или отсутствует синхроимпульс.За счет энергии магнитного поля, накопленной в сердечнике силового трансформатора 5, после запирания силового управляемого ключа 7 продолжается начавшийся до этого процесс перезаряда напряжения на первичной обмотке, сначала плавно уменьшается, затем проходит через ноль, затем начинает нарастать, изменив полярность на противоположную первоначальной. Соответственно разность потенциалов между электродами выходной цепи силового управляемого ключа 7 плавнонарастает, стремясь к значению, боль" шему напряжения питания, а разностьпотенциалов между электродами выходной цепи силового управляемого ключа 8 плавно уменьшается, Плавностьнарастания напряжения на запирающемсиловом управляемом ключе обуслоели"вает незначительность коммутационныхпотерь в нем при запирании, а такжеповышение надежности за счет уменьщения вероятности возникновения вторичного пробоя и самоотпирания клю"ча под действием паразитной емкостимежду электродом выходной цепи, по"тенциал которого возрастает, и управляющим электродом, Самоотпираниепредотвращается действием сигналаотпирания с выхода блока 16.Продолжающееся действие сигнала запирания силовых управляемых ключей обусловлено действием нпамятин о напряжении на обмотках трансформатора во время предыдущего такта работыв данном случае первого такта ). функцию элемента памяти выполняет конденсатор 21, который сохраняет заряд и, медленно разряжась, обеспечивает .ток через управляемый7 1 пороговый элемент 22 ( в схеме на фиг. 1 через р-ь-р транзистор).Напряжение на конденсаторе 21, является управляющим. С этим напряжением сравнивается мгновенное значение модуля напряжения на обмотке 17. Элементами цепи сравнения являются диоды выпрямителя 19 и выход- ная цепь порогового управляемого элемента 22. Когда напряжение на обмотке 17 приблизится к уровню напряжения, до которого зарядился кон.денсатор 21 во время предыдущего такта и станет отличаться от этого уровня на величину, меньшую порога срабатывания управляемого порогового элемента 22, последний перейдет в состояние "О" и, соответственно, исчезнет сигнал запирания силовых управляемых ключей 7 и 8. Это произойдет в момент, когда напряжение на вторичноВ обмотке 17 достигнет зйачения, близкого к амплитудному во время предыдущего такта. Если за ,время от первого такта до .начала вто рого такта 1,т.е на незначительное время у пренебречь изменением напряжения питания, а также изменением напряжения на конденсаторе 21, являющемся элементом памяти, то исчезновение сигнала запирания сило" вых управляемых ключей произойдет в момент, когда напряжения на обмот" ках, в том числе и на первичной обмотке, достигнув значений; близких к амплитудным в новом,1,теперь втором ) такте работы двухтактного инвертора . При этом конденсатора конденсаторной .цепи 6 будут практически полностью перезаряжены за счет энергии, накопленной в трансФорматоре 5, и потери энергии в отпирающем силОвом управляемом ключе 8 будут незначительными, твк как его отпирание происходит при почти нулевой разности потенциалов между электродами выходной цепи.Отпирание силового управляемого клоча.8 обусловлено действием напря" жение на обмотке 13 цепи ПОС, полярность которого во.втором такте обрат на полярности в первомтакте: тепеоь отпирающее для силового управляемого клоча 8 и запирающее для силового управляемого ключа 7.Если за время перезаряда конденсаторов конденсаторной. цепи б индук" тивная энергия выведена не полностью, отпирается возвратный диод 10 и через обмотку 4 и источйик питания протека 014121 8ет инверсный ток. Это явление полезно, если в качестве силовых управляемых ключей применяются биполярныетранзисторы; за время протекания инверсного тока в базе биполярного тран.зистора током цепи ПОС будет созданзаряд достаточный, цтобы при переме"не полярности тока обмотки 4 послевывода индуктивной энергии транзйс 1 о тор 8 сразу стал работать в режимеглубокого насыщения, при котором падение напряжения между электродамивыходной цепи мало.Переход от второго такта к треть 13 ему, от третьего к четвертому и т,д., происходит подобно рассмотренномуФпроцессу перехода от первого тактак втооому,Принцип управления не изменяется,если двухтактный инвертор построитьпо схеме с внешним управлением и навремя действия переключающего синхроимпульса обеспечивать запирание сило"вых управляемых клочей.В качестве управляющей обмотки 17может быть использована в автогенераторном двухтактном инверторе обмотка ПОС. Однако в этом случае ее выводы следует подключить к управляю"щим электродам силовых управляемых30чключеи через одинаковые токоограни"чивающие двухполюсники для симметрииработы схемы .по тактам.Сущность способа не изменяется,если в качестве управляемого по 35 рогового элемента использовать оперативный усилитель. позволяющий более точно сравнивать мгновенное напряжение на обмотке с упоавляющимнапряжением, характеризующим ампли 40 тудное значение напряжения на этойже обмотке в предыдущем такте.Сущность способа управления неизменяется, если для достижениябольшей точности использовать пре 4 образование напряжения на обмоткев цифровую форму, хранить информациюдо следующего такта, осуществлятьобратное преобразование из цифровойформы в управляющее напряжение, с3 в которым в следующем такте сравнивать мгновенное значение модуля напряжения на обмотке.Предлагаемый способ управлениядвухтактным инвертором позволяетв сравнении с известным упроститьсхемную реализацию и применять бо-,лее дешевые элементы в схеме управления, реализующей способ.