Способ регулирования выходного напряжения резонансного инвертора

(57) Изоразователиспользоционногоповышениработы ися в изм ЛИРОВАНИЯ ВЬИОДНОГОСНОГО ИНВЕРТОРА тносится к преобике и может быть ановках для индукЦель изобретения - ти и устойчивости Способ заключаетмени предварительРЕГУ РЕЗОН тение ьнои технано в уснагрева. н ежно ертора,ении вре ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЭОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство .СССРВ 409345, кл, Н 02 М 5/42, 1971.Авторское свидетельство СССРВ 875581, кл. Н 02 М 7/515, 1980. Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке регулируе-мых автономных инверторов для источников питания установок индукционного нагрева.Цель изобретения - повьнпение надежности и устойчивости работы инвертора;,На фиг. 1 показано устройство,реализующее способ регулирования напряжения; на фиг. 2-4 - схемы резонансньпс инверторов, для которых может быть применен данный способ; на. ного разряда коммутирующего конденсатора, по цепи, не содержащей нагрузкупутем введения угла задержки отпирания одного из двух вентилей, форщюрующих импульс тока в нагрузке. Одновременно с изменением угла задержки изменяют частоту инвертирования. Пе-, ред изменением угла задержки изменяют частоту к заданному уровню, а после изменения угла задержки и одновременного с ним изменения частоты контролируют напряжение на вентилях и время для их восстановления. Частоту возвращают к уровню, при котором напряжение навентилях и время расстановления не выходят за пределы до- а пустимых значений. Повышение надеж 9 ности и устойчивости работы инвертора достигается снижением перенапряжений и увеличением схемного времени С восстановления тиристоров в переходных режимах. 5 ил,фиг. 5 - временные диаграммы, поясня-, ющие сущность изобретения.Устройство (фиг. 1) содержит управляемый напряжением задающий генератор 1, две последовательные цепи из первого распределителя 2 импульсов и выходных каскадов 3, а также из блока 4 регулируемой задержки, второго распределителя 5 импульсов и выходных каскадов б, соединенных с выходом генератора и инвертором 7, датчик напряжения на тиристорах 8, выход которого соединен с.входом уст.ройства 9 сравнения, а вход - с инвер 3 153470 тором, датчик 10 времени выключения вентилей, выход которого соединен с входом второго устройства 11 сравнения, а вход - с инвертором, источник 12 опорных напряжений, первый и второй .выходы которого соединены с входами задания напряжения на вентилях и времени выключения устройства сравнения и второго устройства сравнения, 10 сумматор 13, входы которого соединены с выходами устройств сравнения и,третьим выходом источника опорных напряжений, выход сумматора через, резистор 14 соединен с входом ключевой схемы 15, второй и третий входы которой соединены с четвертым и пятым выходами источника опбрных напря" жений, а выход ее соединен с конденсатором 16 и управляющим входом задающего генератора, источник 17 задания угла задержки, выход которого соединен с входом устройства 18 выборки-хранения, тактирующий вход которого соединен с выходом логического устройства 19 и первым входом компаратора 20, второй вход которого соединен с выходом устройства выборки- хранения, а выход - с входом логического устройства, второй выход логи ческого устройства соединен с четвертым входом ключевой схемы, а выход устройства выборки-хранения соединен также с вторым входом блока регулируемой задержки.Инвертор (Фиг. 2) содержит подключенные к входным выводам черездроссель Фильтра 21 инверторный мост , на четырех тиристорах 22-25 с вклю 40 ченными последовательно с ними коммутирующими дросселями 26-29 и коммутирующим конденсатором 30 в диагоналипеременного тока, автотрансформатор31, средняя .точка которого связана 45с анодной группой инверторного моста,возвратные диоды 32 и 33, а также последовательную цепь из конденсатораФильтра 34 и нагрузки 35 и две КСцепи из сопротивлений 36,. 37 и конденсаторов 38, 39, подключенных параллельно обмоткам автотрансформатора, причем катоды возвратных диодовсоединены с концами автотрансформатора 31, а аноды - с разноименными выводами коммутирующего койденсатора 30.На Фиг, 3 приведена схема инвертора с улучшенным КПД и меньшим уровнем высших гармонических составляющих в токе нагрузки. При этом нагрузка 35 включена в цепь коммутирующего конденсатора. Автотрансформатор 31 выполнен с вторичными обмотками, которые через вспомогательные диоды 40 и 41 соединены с конденсатором Фильтра 34.Инвертор по схеме фиг. 4 имеетулучшенные массогабаритные покаэатели за счет включения общего коммутирующего дросселя 42 и нагрузки 35 в цепь постоянного тока моста,Способ регулирования выходного напряжения инвертора реализуется следующим образом. Тиристоры 23 и 25(Фиг. 2) работают с углом задержки(фиг. 1) по отношению к тиристорам32 и 34. Процесс рассматривается смомента времениВо время очередного цикла работы инвертора в моментдолжно произойти скачкообразное изменение угла задержкидо уровня 3,. Однако вначале изменяется частота Г от уровня до некоторого заданного уровня Г(Фиг. 1), а спустя интервал времени И-й) происходит скачкообразное изменение угла задержки от уровня Г до К и одновременное с ним изменение частоты от уровня й до уровняК. Первоначальное изменение частоты (до изменения ) должно разгрузить инвертор по напряжению на вентиляхи увеличить паузу в работе инверторас целью увеличения времени восстановления. В противном случае указанныепараметры могут выйти за пределы допустимых для вентилей уровней в про% цессе регулирования.До изменения указанного угла задержки напряжение на нагрузке совпадает по фазе с основной гармоникой тока нагрузки (считается, что в интервале времени С -, закончился переходный процесс, вызванный первоначальным изменением частоты от уровняГ до уровня К )При изменении угла задержки Р и при постоянной частоте Й соответственно задерживается Формирование очередного,имнульса тока в нагрузке, появляется сдвиг по Фазе между напряжением и током нагрузки, что приводит к расстройке нагруэочного колебательного контура и резкому уменьшению напряжения на нем. При этом скачкообразно уменьшается на короткое время эквивалентное сопротивление нагрузочного контура (на5 153грузка представляет собой колебательный контур), что приводит к увеличению напряжения на тиристорах инвертора и снижает его устойчивость.Однако одновременно с изменениемугла задержки производится изменениечастоты инвертирования, Изменениепроизводится в сторону уменьшениясдвига по фазе между напряжением итоком. Постепенное дальнейшее изменение частоты в течение переходногопроцесса позволяет уменьшить скачокфазы между напряжением и током нагрузки, вызванный скачкообразным изменением угла задержки, сократитьдлительность переходного процесса,%уменьшить величину перерегулирования. Далее при возврате частоты контролируют максимальное напряжение навентилях и время предоставляемое имдля восстановления управляющихсвойств, сравнивают с допустимыми значениями и формируют сигналы рассогла- .сования между указанными напряжениеми временем восстановления и их допустимыми значениями, а частоту возвращают. в функции этих сигналов к уровню Г, при котором напряжение и время восстановления вентилей не выходятза пределы допустимых значений (момент времени 1).Напряжение йа вентилях и время восстановления при этом сохраняют своизначения на допустимом уровне и существенно повышается надежность и устойчивость работы инвертора как в переходных, так и в установившихся режимах при регулировании напряженияпутем изменения угла задержки.Устройство (фиг. 1) работает следующим образом,В исходном состоянии напряженияна вентилях и время выключения не превышают допустимых значений. Сигналыс выходов устройств 9 и 11 близки кнулю. Ключевая схема 15 соединяетвыход сумматора 13 с входом генератора 1. Напряжение на входе генератора1 соответствует напряжению на третьемвыходе источника 12, а инвертор 7работает на частоте Г . При изменениисигнала задания угла задержки на выходе срабатывает компаратор 20, таккак напряжения на выходах устройства18 выборки-хранения в этот момент неравны друг другу. Импульсный сигналс выхода коипаратора 20 воздействуетна логическое устройство 19. 4704 бУстройство 19 переводит устройство 18 в режим хранения, производитотключение выхода сумматора 13 отвхода генератора 1 и подключает пятый5выход источника 12 к входу генератора 1, Напряжение О на пятом выходе12 соответствует частоте инвертораЕ,. Напряжение на входе 4 остаетсяравным 11,и фазовый сдвиг , в этомрежиме неизменен, Далее устройство19 переводит устройство 18 в режимвыборки и одновременно отключает пятый выход источника 12 и подключаетчетвертый выход источника 12 к входугенератора 1 с помощью ключевой схемы 15. Изменяется угол задержки иодновременно изменяется частота инвертора до уровня Е . Устройство 1920 выдает сигнал на отключение четверто"го выхода источника 12 и подключениевыхода сумматора 13 к входу генератора 1. Сигнал на выходе сумматора 13равен сумме сигналов с третьего вы 25 хода источника 12 и сигналов рассогласований с выходов устройств 10 и11. Происходит разряд конденсатора16 через резистор 14 от уровня напряжения на четвертом выходе источни 30 ка 12 11 до уровня суммарного сигнала на выходе сумматора 13. При этомпроисходит возврат частоты инвертора7 в функции напряжений на вентиляхи времени восстановления управляющих35 свойств к уровню К при котором напряжение и время восстановления невыходят за пределы допустимых значений,Инвертор (фиг. 2) работает следу 40 ющим образом.При одновременном отпирании тиристоров 22, 25 (или 23, 24) начинается колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 30 по цепи 3045 29-25-35-34-22-26-30. После переза"ряда конденсатора 30 и спада колебательного тока рассмотренной цепи донуля тиристоры 22 и 25 выключаются.В работе схемы наступает пауза, во50 время которой ток через нагрузку 35обеспечивается подзарядом конденсатора фильтра 34 через дроссель фильтра 21 от источника питания. По истечении паузы включаются тиристорыпротивоположной диагонали (33, 34),процессы в инверторе повторяются. Заодин цикл работы всех тиристоров 2225 в нагрузке формируются периодывыходного переменного напряжения.При регулировании напряжения на нагрузке вводят угол задержки между моментами отпирания тиристоров катодной группы моста (23 и 25) относительно моментов отпирания тиристоров анодной группы (22 и 24). При этом на интервале задержки происходит частичный разряд коммутирующего конденсатора 30 по цепи, не содержащей нагрузку. В этом случае напряжение ,на нагрузке 35 оказывается зависимым от угла задержки и уменьшается при ,его увеличении.,Например, отпирается тиристор 22. Начинается колебательный перезаряд ,конденсатора 30 по .цепи 30-33-31-22- 26-30 (конденсатор 30 в этом случае заряжен).В цепь разряда не входитнагрузка 35, Спустя интервал задерж-ки включается тиристор 25 и дальнейший перезаряд продолжается по цепи 30-29-25-35-34-22-26-30, Диод 33 выключается,. так как нри включении тиристора 25 образуется контур разряда конденсатора фильтра 34 по цепи 34- 31-33-29-25-35-34. После спада коле бательного тока контура 30-33-31-22- , .26-30 до нуля выключаются тиристоры 22 и 25, а в работе схемы наступает пауза. По истечении паузы включает- , ся тиристор 24, а далее процессы по-вторяются (работает диод 32), КС-цепи снимают импульс перенапряжения на обмотках автотрансформатора 31 при . обрыве обратного тока возвратных диодов 32 и 33 соответственно. Регулирование напряжения в инверторах (фиг. 3 и 4) аналогично рассмотренному.5Формула изобретенияСпособ регулирования выходного напряжения резонансного инвертора,заключающийся в изменении временипредварительного разряда коммутирующего конденсатора по цепи, не содержащей нагрузку, путем изменения углазадержки отпирания одного из двухвентилей, формирующих импульс тока внагрузке, причем одновременно с изменением угла задержки соответственноизменяют частоту инвертирования, азатем в течение переходного процессавозвращают ее, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности и устойчивости в работе инвертора, задают уровень частоты, перед изменением угла задержки изменяют частоту инвертирования к заданному уровню, а после изменения угла иодновременного с ним изменения частоты инвертирования контролируют максимальное напряжение на вентилях ивремя, предоставляемое им для восстановления управляющих свойств, сравнивают с допустимыми значениями, формируют сигналы рассогласования между укаэанным напряжением и временемвосстановления и их допустимыми значениями, а частоту возвращают в функции этих сигналов к уровню, при котором напряжение и время восстановления вентилей не выходят за пределыдопустимых значений.11534704 Составитель В.ПоляТехред М.Ходанич Корректор Т.Мал РедакМо ть Подписно иям при ГКНТ СССР ЕВ 11 ВаПРоизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина; ЗаВ 1 ИИПИ Государственног 133035