Устройство для управления преобразователем частоты со звеном постоянного тока

(19) (1 150 4 Н 02 М 5 42 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СССР78. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯ 4ПРИ ГННТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ СО ЗВЕНОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может бытьиспольэовано для управления регулируемыми источниками питания, например для индукционного нагреваметаллов, Цель изобретения - увеличение диапазона регулирования выходного напряжения преобразователяУстройство содержит сумматор 15,нуль-орган 18, селектор 19, азосдвигающую цепь 17 выходного напряжения преобразователя, коммутатор16 полярности, узел 20 ограничениямаксимального угла управления инвертором, Вход первого ограничителя 81525841 51 О подключен к выходу второго регулятора 13. Первый вход сумматора подключен к выходу датчика 10 выпрямленного тока, второй вход сумматораподключен к выходу датчика 9 выходного напряжения выпрямителя, третийвход сумматора подключен к источнику напряжения задания минимальноговыпрямленного тока, четвертый входсумматора подключен к выходу коммутатора. Первый вход коммутатора подключен к фазосдвигающей цепи выходИзобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть ис пользовано для управления регулируемыми источниками питания, например, для индукционного нагрева металла.Целью изобретения является увели чение диапазона регулирования выходного напряжения преобразователя,На фиг.1 представлена функциональная схема устройства;на фиг.2 диаграмма выходных сигналов первого и второго ограничителей;на фиг.3 - диаграмма сигналов коммутатора; на фиг.4 - диаграмма сигналов селектора.Устройство содержит выпрямитель 1, фильтрующий реактор 2 в цепи постоянного тока, инвертор 3, нагрузку 4, блок 5 импульсно-фазового управления выпрямителем, формирователь 6 импульсов управления инвертором, 40 блок 7 фазового управления инвертором, ограничитель 8 напряжения на уровне минимального угла управления инвертором, датчик 9 выходного напряжения выпрямителя, датчик 1 О вы прямленного тока, датчик 11 выходного напряжения преобразователя, первый регулятор 12, содержащий узел ограничения максимального сигналана выходе, второй регулятор 13, ограничитель 14 напряжения на уровнеминимального угла управления выпрямителя, сумматор 15, коммутатор16 полярности, фаэосдвигающую цепь17 выходного напряжения преобразователя, нуль-орган 18, селектор 19,55 узел 20 ограничения максимального угла управления инвертором, имеющий вход для подачи сигнала синхронпэаного напряжения преобразователя, авторой вход - к выходу преобразователя, Выход сумматора через нуль-орган подключен к первому входу селектора, второй вход селектора подключен к выходу системы 7 фазовогоуправления инвертора, третий входселектора подключен к выходу узлаограничения максимального угла управления инвертором, выход селектораподключен к входу формирователя 6импульсов управления инвертором,4 ил. ции с инвертором, Регулятор 12 подключен первым входом к источнику напряжения задания выходного напряжения преобразователя, вторым входом - к датчику 11. Регулятор 13 подключен первым входом к выходу первого регулятора 12, вторым входом - к выходу датчика 10, а выходом через органичитель 8 - к входу блока 7. Выход второго регулятора 13 также подключен через ограничитель 14 к входу блока 5. Сумматор 15 подключен первым входом к выходу датчика 10, вторым входом - к выходу датчика 9, третьим входом - к источнику напряжения задания минимального выпрямленного тока, четвертым входом - к выходу коммутатора 16. Вход коммутатора 16 подключен к выходу фазосдвигающей цепи 17. Управляющий вход коммутатора 16 подключен к выходу преобразователя. Выход сумматора 15 через нуль-орган 18 подключен к первому входу селектора 19, второй вход которого подключен к выходу бцока 7, а третий вход - к выходу узла 20.Выход селектора 19 подключен к входу формирователя 6.Устройство работает следующим об . разом,В установившемся режиме при постоянном напряжении задания У на вход первого регулятора 12, который выполняет функцию регулятора напряжения и может быть интегральным или пропорционально-интегральным, величина вьгодного напряжения Бпреобра,ователя частоты постоянна. Сигнал рассогласования на входах регулятора 12 между напряжением задания 11 д и сигналом10 45 5 1525обратной связи, поступающим с датчика 11 выход го напряжения преобразователя, стремится к пулю. Выходной сигнал 1,а, регулятора 12 являетсяя сцгнлом задания для регулято 5ря 13, который может быть пропорционально-интегральным или интегральным и выполняет функцию регуляторатока. Сигнал рассогласования цавходах второго регулятора 13 междусигналом задания 1 а и сигналом 11с датчика 10 также стремится к нупю,При достижении максимального ограничения выходного сигнала 1 резад 15гулятора 12 наступает режим стабилизации (ограничения) максимальноговыпрямленного тока 1 с 1 = 1макс .Выходной сигцял 0 второго регулятора 13 поступает ча входы ограничителей 8 и 14 и проходит либсня выход первого ограничителя 8(тогда ца выходе нторого с гряцичителя 14 уровень ограничения Б2) у либо ня выход второго 25ограничителя 14 (тогдя я выходе пер-.вого ограничителя 8 уровень ограничения 0, = 1:а,р 1 ), что обеспечивается характеристиками ограничителей(Фиг,2),30Ьлокнастраивается тяк, чтобывходной управлякхций сигнал на уровне ограничения 0, = Б о, р, соотнет".тнонал минимальному углу управленияицвертором 3 Р = (". , я блок 5так, чтобы входной управлявший сигнал ня уровне ограничения Бгг оргсоответствовал минимальному углууправления выпрямителя 1 Ы = смич.Таким образом, изменением управляющего сигнала Б ца ныхде второго 40регулятора 13 Обеспечивается либорегулирование инверторя Д(3 минпри одновременном ограничении углауправления выпрямителя сс = сг.мнлибо регулирование выпрямителя/ск.ск.мпри одновременном ограничении угля управления инвертора=Ъм . Тем самым н обоих случаяхдостигается стремпецие к нулю сигнала рассогласования на входах второго регулятора 13. В том случае, когда управляющий сигнал 0 на выходе второго регулятора 13 соответствует режимусос одновременно может наступить при достаточно малой мощности нагрузки режим стабилизации минимального выпрямленного тока по контуру регулирова 841ания инвертором 3, куда входят сумматор 15, нуль-орган 18, селектор19, .Ормиронтель 6. Сигналы обратных связей в су 1 м,.тор 15 поступаютс датчика 9, дятчи1 О, фзосдвигающей пепи 17 через коммутатор 16.Сумматор 15 вырабатывает управляющее напряжение П р, которое в течение полупериода инвертора дваждыпереходит через ноль. Один из двухпереходов (информационный) задаетмомент включения тиристорон инвертораи Фиксируется нуль-органом 18 какинформационный перепад его выходного логического сигнала Г1 язосдвигающая цепь 17 выходногонапряжения преобрязовяте; я формиру т выходной сигнал 11 сдвинутыйпо Азе относительно илели"ированного синусоидального выходного напряжения преобразонателя ня 90(фиг,З).Коммутатор 16 изменяет полярностьсигналя Б при отрицательном напряже нии 13,к (Фиг.З), что позволяетрсялизовать одноканальный принципуправления инвертором,Логический сигнал Г с выхода2нуль-органа 18 поступает на входселектора 19 и проходит на его выходбез изменения (фиг,4 а) н том случае,если Фронт сигнала Г, задает уголуправления инвертороч в пределахмиц(3 ма кПРИ ЭТОМ ФРОНТсигнала Г приходит раньше чемгФронт сигнала Г, с выхода блока 7,но позже, чем фронт сигнала Г с выЭхода узла 20. Если Фронт сигнала12 приходит раньше фронта сигналаГ, то на выход селектора 19 проходит сигнал Гз, т.е. Г = Гз, что соответствует ограничению максимального угла управления 3 = Л1. мокс(Фиг.4,б) . Если фронт сигнала Г 2приходит позднее фронта сигнала ГЭто на выход селектора 19 проходитсигцял Г т,е. Г = Г что соответствует ограничению минимальногоугла управления= (3 мкн (фиг.4,в). По фронту сигнала Г, поступающего с выхода селектора 19 на вход формирователя 6, Формируются отпирающие импульсы тиристоров первой или второй диагоналей моста инвертора 3.Узел 20 имеет вход для подачи сигнала синхронизации с иннертором и вырабатывает логический сигнал ГЗ, устанавливающий на каждом полупери 152584 1оде выходного напряжения интервалы Закон формирования управляющего напряжения Бч на выходе сумматора 15 основывается на следующем.В установившемся режиме средние 20 значения напряжения противоЭДС Е инвертора (на входе моста) и выходного напряжения выпрямителя Ц равны; Е = Б выпрямленный ток 1 за счет фильтрации большой индуктивцо стью 1.,1 реактора 2 практически сглахен, Изменение выпрямленного тока 11 в переходных режимах определяется разницей средних значений Е и пропорционально интервалу изме нения и обратно пропорционально индуктивности 1.1. Допустим, произошло отклонение 611 выпрямленного тока 1 от заданного минимального значения 11, т.е. 11 = 11 - 1 тогда, чтобы компенсировать отклонение 11, т,е. вернуть равенство 111 с 1 эа вРемЯ Равное одцомУ поменфЭлупериоду Т инвертора, необходимо в течение следующего полупериода соэ дать противоположное отклонение -511. Для этого нужно создать соответствующую разницу средних (за полупериод Т) значений: 61445Е - П = - 1,с Т При идеализированном сицусоидальном выходном напряжении преобразователя и мгновенной коммутации тиристоров иннертора противоЭДС Е определяется по формуле 50 2Е =Б созЬтпИ 55 где Г, - амп.:цтуда напряжения цПеред очередным включецием тиристоров ицвертора известно отклоце -запрета и разрешения для угла управления инвертором. Интервал разрешения составляет максимально до 5 пустимый угол управления инверторомвыбираемый по условию устойчивости в контуре .регулирования регулятора минимального тока - для идеализированного синусоидального выход ного напряжения инверторамарксо90 . Интервалы запрета и разрешения сигнала Г могут устанавливать 3с я потенциометром по известной схеме хдущего мультивибратора, синхронизированного с инвертором. ние -Ь 1 с 1, котоРое нУжно создать на следующем полупериоде Т, известно значение Б, остается только определить требуемое значение Е и, выбирая требуемое значение угла произвести очередное включение тиристоров инвертора.ПротивоЭДС Е инвертора пропорциональна косинусу угла, поэтому фактический уголопределяется с использованием косинусоидального развертывающего напряжения, формируемого цепью 17 и подаваемого через коммутатор 16. Мгновенное значение развертывающего напряжения П в мо 5 мент включения С втиристоров инвертора пропорционально значению П сов, следовательно, также пропорционально значениюпротивоЭДС Г;5( вкпб) угде К - коэффициент пропорциональности,Выбирая тот или иной момент включения Тна текущем полупериоде,одновременно выбирают значениеБ(" в), что эквивалентно выборуЕ. Тем самым определяем разницу ЕБ и создают отклонение -1. Условие включения тиристоров определяется выражениемКи, - и,1+ -д--- 1 = 0 1 1,1 5 Т 4 Т с 1 мин Правая часть равенства представляет собой алгебраическую сумму четырех сигналов, которая вычисляетсясумматором 15 и в результате выраба тывается управляющее напряжение.Включение тиристоров инвертора происходит при переходе управляющегонапряжения Бчерез ноль, Случай"цые отклонения выпрямленного тока11 от задания 1(возникающие,в частности, за счет пульсаций выходного напряжения выпрямителя 13),компенсируются с предельным быстродействием - за один полупериод инвертора Т, Задание 11 устанавлиминвается близким к нулю, цо достаточным, чтобы случайные отклонения выпрямленного тока 11 не приводили кего прерыванию,Преобразователь частоты имееттри зоны регулирования,Зона 1: регулирование осуществляется инвертором 3, угол управле152584 1 ция выпрямителем 1 ограничен ца минимальном значении= Ы . Ремицгулируются либо выходные сигналырегуляторов 12 и 13, если це наступило максимальное ограничение выпрям 5ленного тока 1, и осуществляетсястабилизация выходного напряженияпреобразователя, либо выходнойсигнал Б, только второго регулятора 13, если наступило максимальноеограничение выпрямленного тока 111 1 и выходное напряжениесвыхпреобразователя понижено по сравнению с заданным, тогда выходнойсигнал 1первого регулятора 12ограничен ца максимальном значении,Регулирующее воздействие на инвертор осуществляется через первый ограничитель 8, блок 7, селектор 1920 Фформирователь 6, а ограничение угФормула изобретенияла о = . р задается вторым ограничителем 14.Зона 2: регулирование осуществляется выпрямителем 1 угол управленияУ 25инвертором 3 ограничен на минимальном значеци=н. Так же, какв зоне 1, регулируются либо выходные сигналы 1 Б регуляторов12 и 13, либо выходной сигнал Бтолько второго регулятора 13. Регу 30лирующее воздействие ца выпрямитель1 осуществляется через второй ограничитель 14 и блок 5, а ограничениеугла (3 =3задается первым ограничителем 8,гулируется так, чтобы обеспечитьсигнал с датчика 11 выходного напряжения преобразователя равным сиг.цалу задания Пна входе первогорегулятора 1235 40 45 50 55 Зона 3: регулирование осуществляется выпрямлением 1, выпрямленный ток 1 ограничивается ицвертором 3 на минимальном значении 11=1б мир В контур регулирования входят регуляторы 12 и 13, второй ограничитель 14, блок 5, а в контур ограничения 11 = 1 - сумматор 15, нуль-орган 18, селектор 19, формирователь 6. Контур ограничения действует не - зависимо от контура регулирования и обеспечивает равенство выпрямленного тока 11 значению задания 11мин на входе сумматора 15: 11 = 1а мнн В контуре регулирования происходит следующееСигнал 1 з,на выходе первого регулятора 12 регулируется так, чтобы значение сигнала 1 зза, стало равным значению сигнала 1 с датчика 10 выпрямленного тока и тем самым равным значения сигнала задания 1 , в то время как выходной сигнал 11 второго регулятора 13 ре 1 ереход из зоны 1 в зону 2, затем в зону 3 происходит при постепенном уменьшении сигнала задания 10 Пца входе первого регулятора 12.Применение предлагаемого устройства обеспечивает стабилизацию выходного напряжения в диапазоне регулирования 10-100/ и использование пре образователя для питания автономного колебательного контура электротермической и другой электротехнологической нагрузки,Устройство для управления преобразователем частоты со звеном постоянного тока, содержащее формирователь импульсов управления инвертором, выходы которого предназначены для подключения к вентилям инвертора преобразователя, блок фазово- . го управления инвертором,вход которого подключен к выходу ограничителя напряжения на уровне минимального угла управления инвертора, датчик выходного напряжения выпрямителя, первый регулятор, содержащий узел ограничения максимального сигнала на выходе, первый вход которого подключен к источнику напряжения задания выходного напряжения преобразователя, второй вход - к датчику выходного напряжения преобразователя, второй регулятор, первый вход которого подключен к выходу первого регулятора, второй вход - к выходу датчика выпрямленного тока, выход второго регулятора через ограничитель напряжения на уровне минимального угла управления выпрямителя подключен к входу блока импульсно-фазового управления выпрямителем, выходы которого предназначены для подключения к вентилям выпрямителя преобразователя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования выходного напряжения преобразователя, оно снабжено сумматором, нуль- органом, селекторам, содержащим эле . мент ИЛИ и элемент И, фаэосдвигающей цепью выходного напряжения пре1258441 12 ф(д образователя, коммутатором полярности, узлом ограничения максимального угла управления ицнертором, име -юлим вход для подан сигнала синхронизации с инверторам, причем входограничителя напряжения ца уровнеминимального угла управлеция ицвертором подключен к выходу второго регулятора, первый вход сумматора подключен к выходу датчика выпрямченцого тока, второй вход;.умматора подключен к выходу дат-.ика выходного напряжения выпрямителя, третий вход сумматора предназначен дляподключения к источник напряжениязадания минимального выпрнмпенноготока .;етнертый вход сумматора подключен к нк;ходу комм татора пс пярцости, вход которого подключен к выходу фазосдвигающей цепи выходного напряжения преобразователя, управляющий вход - к входу датчика выходного напряжения преобразователя,выход сумматора через нуль-орган подключен к первому входу элемента ИЛИ селектора, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход элемента ИЛИ селектора подключен к выходу блока фазового управления ицвертором, второй вход элемента И селектора подключен к выходу узла ограничения максимального угла управления инвертором, выход элемента И селектора подключен к входу формирователя импульсов управления ицвертором.1525841 Составитель В.МироновРедактор А.Лежнина Техред Л.Сердюкова орректор О. ГКНТ СС зо Р